含有氧化铅和纳米材料的复合物的制备方法以及复合物和含有该复合物的铅酸蓄电池

技术领域

本发明涉及铅酸蓄电池技术领域，尤其涉及含有氧化铅和纳米材料的复 合物的制造方法以及由该制备方法所制备的复合物和含有该复合物的铅酸蓄 电池。

背景技术

电池是一种可以将化学能转化为电能的能量储存装置。传统的电池包括 正极、负极以及位于电池正极与负极之间的电解质离子流体，电池所产生的 电流便是电池的电解质离子流体工作的结果。

电池可以被分为一次性电池和可充电二次电池。铅酸蓄电池就是可充电 电池中的一种。铅酸蓄电池可以被应用于各种各样的场合。例如，铅酸蓄电 池可以被用作启动和驱动电池或用作后备电源，以确保持续的能源来提供不 间断的服务，例如医疗服务或数据维护等服务。铅酸蓄电池具有多种不同的 类型、大小和续航能力，其中，阀控铅酸蓄电池或者密封阀控铅酸蓄电池属 于众多铅酸蓄电池中的一种。

一般来说，铅酸蓄电池被认为是一种具有成本效益高、多样化且性能可 靠的可充电电池，此外，铅酸蓄电池还包括保持高电荷输出、低排放以及低 维护的优点。但现有的铅酸蓄电池还需要进一步提高电池功率、效率以及其 寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于：提供一种含有氧化铅和纳米材料 的复合物的制备方法。

本发明所要解决的技术问题之二在于：提供一种含有由上述的制备方法 所制备的复合物的铅酸蓄电池。

本发明所要解决的技术问题之三还在于：提供一种由上述的制备方法所 制备的复合物。

作为本发明的第一方面的第一实施例的含有氧化铅和纳米材料的复合物 的制备方法，包括：

制备第一混合物，所述第一混合物包括极性有机溶剂、水、聚合物以及 金属醇盐；

将所述第一混合物与氧化铅混合形成第二混合物；以及

所述第二混合物进行原位溶胶-凝胶反应产生含有氧化铅和由所述金属 醇盐形成的纳米材料的复合物。

在本发明的第一实施例的一个优选实施例中，所述聚合物为亲水性聚合 物。

在本发明的第一实施例的一个优选实施例中，所述原位溶胶-凝胶反应是 通过加热所述第二混合物启动的。

在本发明的第一实施例的一个优选实施例中，还包括从所述复合物除去 至少一部分的所述水的步骤。

在本发明的第一实施例的一个优选实施例中，所述氧化铅为粉末状氧化 铅，其中所述氧化铅的颗粒尺寸介于1微米和50微米之间。

在本发明的第一实施例的一个优选实施例中，所述纳米材料的颗粒尺寸 介于1纳米和100纳米之间。

在本发明的第一实施例的一个优选实施例中，所述纳米材料为金属醇盐 形成的氧化物。

在本发明的第一实施例的一个优选实施例中，所述金属醇盐为硅醇盐或 钛醇盐。

在本发明的第一实施例的一个优选实施例中，所述极性有机溶剂为醇或 酮或醇胺溶液。

在本发明的第一实施例的一个优选实施例中，还包括向所述第一混合物 添加催化剂的步骤，所述催化剂为酸性催化剂或碱性催化剂。

在本发明的第一实施例的一个优选实施例中，所述第一混合物包括1份 的金属醇盐、20～200份的极性有机溶剂、0.01～0.1份的水以及0.0001～ 0.02份的聚合物。

在本发明的第一实施例的一个优选实施例中，所述氧化铅包括氧化铅或 二氧化铅或四氧化二铅中的至少一种。

作为本发明的第二方面的第一实施例的一种铅酸蓄电池，包括由所述第 一实施例的含有氧化铅和纳米材料的复合物的制备方法产生的复合物。

在本发明的第一实施例的一个优选实施例中，所述铅酸蓄电池的正电极 和/或负电极上含有所述复合物。

作为本发明的第一方面的第二实施例的含有氧化铅和纳米材料的复合物 的制备方法，包括：

制备第一混合物，所述第一混合物包括水、聚合物以及金属硅酸盐；

将所述第一混合物与氧化铅混合形成第二混合物；以及

所述第二混合物进行原位溶胶-凝胶反应产生含有氧化铅和由所述金属 硅酸盐形成的纳米材料的复合物。

在本发明的第二实施例的一个优选实施例中，所述聚合物为亲水性聚合 物。

在本发明的第二实施例的一个优选实施例中，所述原位溶胶-凝胶反应是 通过加热所述第二混合物启动的。

在本发明的第二实施例的一个优选实施例中，还包括从所述复合物除去 至少一部分的所述水的步骤。

在本发明的第二实施例的一个优选实施例中，所述氧化铅为粉末状氧化 铅，其中所述氧化铅的颗粒尺寸介于1微米和50微米之间。

在本发明的第二实施例的一个优选实施例中，所述纳米材料的颗粒尺寸 介于1纳米和100纳米之间。

在本发明的第二实施例的一个优选实施例中，所述纳米材料为金属硅酸 盐形成的氧化物。

在本发明的第二实施例的一个优选实施例中，所述金属硅酸盐为硅酸钠 或硅酸锂或硅酸钾。

在本发明的第二实施例的一个优选实施例中，还包括向所述第一混合物 添加催化剂的步骤，所述催化剂为酸性催化剂或碱性催化剂。

在本发明的第二实施例的一个优选实施例中，所述第一混合物包括1份 的金属硅酸盐、5～20份的水以及0.0001～0.02份的聚合物。

在本发明的第二实施例的一个优选实施例中，所述氧化铅包括氧化铅或 二氧化铅或四氧化二铅中的至少一种。

在本发明的第二实施例的一个优选实施例中，所述第一混合物的制备由 以下步骤构成，首先将金属硅酸盐与水混合形成金属硅酸盐水溶液，并采用 离子交换树脂法处理后加入所述聚合物形成所述第一混合物，其中所述金属 硅酸盐包括硅酸钠或硅酸钾或硅酸锂中的至少一种。

作为本发明的第二方面的第二实施例的一种铅酸蓄电池，包括由所述第 二实施例的含有氧化铅和纳米材料的复合物的制备方法产生的复合物。

在本发明的第二实施例的一个优选实施例中，所述铅酸蓄电池的正电极 和/或负电极上含有所述复合物。

作为本发明的第三方面的一种复合物，包括其颗粒尺寸介于1纳米～100 纳米之间的金属氧化物以及其颗粒尺寸介于1纳米～100纳米之间的氧化铅。

由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：本发明的复合物 能够使得铅酸蓄电池的许多特性都得以提高，例如提高了铅酸蓄电池的使用 寿命，提高了铅酸蓄电池的比能量和比功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明的铅酸蓄电池的反应原理。

图2示出了本发明的铅酸蓄电池组件的一个实施例。

图3示出了本发明的原位溶胶-凝胶的反应原理。

图4示出了本发明制造铅酸蓄电池的方法流程。

图5示出了本发明的铅酸蓄电池组件的另一个实施例。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了 解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

铅酸蓄电池是一个可逆的电化学储能装置，利用化学反应来储存能量。 传统的铅酸蓄电池包括正极板和负极板，其利用作为电解质的硫酸将电能转 换成化学能，又或者利用硫酸将化学能转化成电能。

电池负极由金属组成，例如铅；电池正极由氧化铅组成。在放电周期， 电池负极板上的铅金属(Pb)与电解液反应(如硫酸)产生硫酸铅(PbSO₄)，而电 池正极板上的氧化物(二氧化铅)与电解液反应(如硫酸)产生硫酸铅(PbSO₄)。 反应后，硫酸会转化成水。

在铅酸蓄电池充电周期，铅酸蓄电池会收到外部电路产生的电子，正极 板和负极板上的PbSO₄会分别转换成铅和二氧化铅。

在传统的铅酸蓄电池的结构中，正、负极板都具有网格支撑。网格内填 充着多孔的糊状物(有时称为活性材料或膏)。糊状物的组成部分取决于原材 料及原材料上的化学或物理反应。铅酸蓄电池中正、负极板的糊状物可以相 同也可以不相同。

参见图1，图中给出的是本发明的铅酸蓄电池100，铅酸蓄电池100包括 负极板104，负极板104包括含有铅的糊状物，负极板104的糊状物可覆盖在 网格上(图中未示出)。在放电循环期间，负极板104可通过导电连接112来 放电。

铅酸蓄电池100包括正极板106，正极板106包括包含氧化铅的糊状物， 正极板106的糊状可覆盖在网格上(图中未示出)。在循环期间，正极板106 可通过导电连接112来收电。

铅酸蓄电池100包括电解液102，在本实施例中，电解液102包括硫酸和 水，当然，电解液102不局限于硫酸。除了本实施例的水性电解液，电解液 102还可以为包括其他固体或非固体的电解液。

负极板104和正极板106被浸没在电解液102中，电解液102可被看作 为负极板104和正极板106之间电子流通的导管。铅酸蓄电池100包括下述 的化学反应：

Pb+SO₄^2-＝PbSO₄+2e(负极板104)

PbO₂+SO₄^2-+4H++2e＝PbSO₄+2H₂O(正极板106)

Pb+PbO₂+2H₂SO₄＝2PbSO₄+2H₂O(总反应)

上述反应可以使得负极板104上电子增加及正极板106的电子减少，更 具体的说，在放电期间，电子从负极板104通过电解液102转移到正极板106； 在充电期间，情况则相反。

铅酸蓄电池100包括分离装置110，分离装置110用于分隔负极板104 和正极板106，当然，分离装置110在其它一些实施例中并不必须的。

参见图2，图中给出了本发明的含有氧化铅和纳米材料的复合物的制备方 法200。制造方法200始于步骤210。

步骤210用于制备前驱体溶液，前驱体包括胶体溶液的各种成分。例如， 前驱体可以包括溶剂、水、聚合物以及金属醇盐，又或者前驱体可以包括水、 聚合物以及硅酸盐。例如，前驱体可以包括：1份的金属醇盐、20～200份的 溶剂、0.01～0.1份的水以及0.0001～0.02份的聚合物。又或者，前驱体包 括：1份的硅酸盐、5～20份的水以及0.0001～0.02份的聚合物。

所述金属醇盐包括原硅酸四甲酯(Si(OCH₃)₄)或正硅酸乙酯(Si(OC₂H₅)₄)或 钛酸四丁酯(Ti(OC₄H₉)₄)或钛酸四乙酯(Ti(OC₂H₅)₄)或钛酸四异丙酯 (Ti(OC₃H₇)₄)或钛酸四叔丁酯(Ti(OC₄H₉)₄)中的至少一种，当然，其它的金属醇 盐也可以被包括。

所述硅酸盐包括硅酸钠(如Na₂SiO₃或Na₄SiO₄或由Na₂SiO₃和Na₄SiO₄的组 合)或硅酸钾(如K₂SiO₃或K₄SiO₄或由K₂SiO₃和K₄SiO₄的组合)或硅酸锂(Li₂SiO₃， Li₄SiO₄或由Li₂SiO₃和Li₄SiO₄的组合)中的至少一种。在特定实施例中，硅酸 盐可以以水溶液的形式存在，也就是说，硅酸盐的水溶液形式包括硅酸钠水 溶液形式(也可称为“钠水玻璃”)或硅酸钾水溶液形式(也可称为“钾水玻璃”) 或硅酸锂水溶液形式(也可称为“水锂玻璃”)中的至少一种，当然，其他形 式的硅酸盐也可以被包括。

所述溶剂包括甲醇(CH₃OH)或乙醇(C₂H₅OH)或异丙醇(C₃H₇OH)或正丁醇 (C₄H₉OH)或异丁醇((CH₃)₂CHCH₂OH)或叔丁醇(C₄H₉OH)或丙酮(C₃H₆O)或乙酰丙酮 (C₅H₈O₂)或丁酮(C₄H₈O)或乙醇胺(C₂H₇NO)中的至少一种，当然，其他形式的溶剂 也可以被包括。

所述聚合物包括天然或合成高分子聚合物，该聚合物包括但不限于一种 水溶性聚合物。例如，聚合物包括聚乙二醇或聚乙烯醇或聚丙烯酰胺或苯酚 甲醛树脂或聚乙烯亚胺或聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸或纤维素中的至少一种， 在一些实施例中，所述聚合物可促进溶液的稳定性。

所述溶液包括催化剂，所述催化剂可以为酸性催化剂，该酸性催化剂包 括硝酸或硫酸或盐酸或磷酸或丙酸或乙酸或甲酸或酒石酸或柠檬酸或水杨酸 或草酸中的至少一种。此外，所述催化剂可以为碱性催化剂，该碱性催化剂 可适用于原位溶胶-凝胶反应。碱性催化剂包括氨或乙醇胺或二乙醇胺或三乙 醇胺或氢氧化钠或氢氧化钾或氢氧化锂或氢氧化镁中的至少一种。当然，其 他催化剂也可以被包括。

关于步骤220的操作。在步骤220中，使得溶液与氧化铅混合。在本实 施例中，氧化铅为粉末状，其颗粒尺寸介于1千分尺和50微米之间。当然， 氧化铅并不局限于某一粒度或某一粒径范围。氧化铅包括一氧化铅或二氧化 铅或四氧化三铅的至少一种。

关于步骤230的操作。在步骤230中，复合物由在氧化铅存在的情况下 进行原位溶胶-凝胶反应所制备的，即原位溶胶-凝胶反应发生在氧化铅存在 的情况下。该复合物包括氧化铅和基于溶胶-凝胶反应原位形成的纳米材料。 所述溶胶-凝胶反应得到亲水性凝胶，并且亲水性凝胶还需进行进一步的处 理，比如去除水和/或溶液。

例如，一种包含有金属氧化物如原硅酸四乙酯的前体溶液，当酸性催化 剂或碱性催化剂应用于原硅酸四乙酯，并在水解条件下产生硅酸。硅酸包括 硅元素和羟基的化合物。例如，硅酸包含一个分子硅元素和一分子羟基。根 据原位溶胶-凝胶反应原理，在原位溶胶-凝胶反应中，硅酸会脱水形成二氧 化硅溶胶，并进一步脱水形成二氧化硅凝胶。

所述纳米材料包括在至少一个维度上的大小在1～100纳米之间的单元材 料，如一个粒子。优选地，在氧化铅周围原位形成的纳米材料颗粒尺寸可在1～ 100纳米之间。

所述纳米材料包括二氧化硅或二氧化钛中的至少一种，当然，其他氧化 物也可以被包括。优选地，复合物包括颗粒尺寸大小在1～100纳米之间的纳 米级二氧化硅。又或者，复合物包括颗粒尺寸大小在1～100纳米之间的纳米 二氧化钛。

原位溶胶-凝胶反应可发生在酸性或碱性条件下。在特定的实施例中，原 位溶胶-凝胶反应的pH值范围为2～11之间。然而在另外的实施例中，原位 溶胶-凝胶反应的pH值范围可以超过该范围，原位溶胶-凝胶反应所需要的温 度范围在40℃～80℃之间。

在一个特定的实施例中，所述原位溶胶-凝胶反应所形成的复合物是其周 围分布有纳米材料的氧化铅粒子，原位溶胶-凝胶反应可使纳米网络多空材料 包裹氧化铅粒子或者说氧化铅粒子隔离纳米材料，来预防纳米材料在氧化铅 外围的团聚，纳米材料均匀分散在氧化铅粒子外围，操作结果如步骤230所 示。

所述复合物随后会经历水和/或溶液脱去的过程，复合物通过热处理或其 他方式进行脱水。在这个过程中，部分或全部的溶剂被脱去。例如，通过80 ℃～260℃的热处理来处理复合物。通过热处理方法脱去水和/或溶剂的复合 物可运用于步骤210。脱去水和/或溶剂所需时间一般在3～24h之间。其他方 法同样可以用来脱去水和/或溶剂，比如利用离心分离器进行脱去水和/或溶 剂。

所述步骤230所生产的复合物可被用于生产铅酸蓄电池，比如该复合物 可用于制造部分的铅酸蓄电池正极板或负极板。具体来说，该复合物被包括 在铅酸蓄电池的活性材料中，该活性材料可以为生产和存储电能的材料，具 体地为铅酸蓄电池的正极活性材料或负极活性材料。

在一个实施例中，铅酸蓄电池包括两种极板，第一种可为正极板，第二 种为负极板。每一种极板包括活性材料和为该活性材料提供支撑的网格配置， 复合物反应中的活性材料会促进铅酸蓄电池的电解质进行充电和放电。

基于氧化铅存在的情况下利用原位溶胶-凝胶反应所生产的复合物包括 氧化铅和该反应形成的纳米材料。该复合物包括了氧化铅颗粒和一或多个位 于或包裹在氧化铅颗粒外围的纳米氧化物颗粒，所述纳米氧化物颗粒分散于 氧化铅粒子外围，以防止纳米氧化物颗粒之间的聚集，使得纳米氧化物颗粒 分散于氧化铅颗粒外围的复合物构成了铅酸蓄电池的活性材料。

粒度分布的组合可以为二维坐标轴上的一条曲线，其中，x轴是复合物的 粒度，y轴是复合物粒子的数量。在一个特定的实施例中，粒度分布曲线的组 合包括氧化铅的粒度分布曲线，也就是说，粒度分布曲线的组合比氧化铅的 粒度分布曲线更广泛。在一些实施例中，复合物尺寸之间的组合在1纳米到 50微米之间，而氧化铅的粒度在1微米到50微米之间的范围。

所述包括有氧化铅粒子和一或多个位于或包裹在氧化铅粒子外围的纳米 氧化物粒子的复合物可用来制造铅酸蓄电池或铅酸蓄电池的活性材料。复合 物的表面积大于氧化铅的表面积，优选地，复合物的表面积至少比氧化铅的 表面积大30％。然而在其他实施例中，复合物的表面积比氧化铅的表面积大 10％到300％之间。

如图3所示的原位溶胶-凝胶反应的方法300。方法300开始于步骤310。

在步骤310中，包括有原位溶胶-凝胶反应的方法。在一个参考实施例中， 溶液包括60克的异丁醇、25克的水、和5克的乙酰丙酮。通常情况下，也可 以添加0.15克的聚乙二醇与异丁醇、水和乙酰丙酮结合。在特定的实施例中， 聚乙二醇在加热和/或混合条件下溶解于异丁醇、水、乙酰丙酮溶液中。另一 个溶液，也可以将20克的钛酸四丁酯添加到异丁醇、水、乙酰丙酮和聚乙二 醇的组合中。在一些实施例中，钛酸四丁酯也可被混合添加。在本实施例中， 溶液包括异丁醇、水、聚乙二醇以及钛酸四丁酯乙酰丙酮。继而进入步骤320。

在步骤320中，催化剂如硝酸可以结合步骤310所述溶液，所述溶液的 pH范围可以通过调整硝酸的用量来调整。在一个参考实施例中，所述溶液的 pH范围可以被调整到2～7之间，例如，调整后的pH值为2.5。继而进入步 骤330。

在步骤330中，氧化铅可与调整pH后的溶液结合。在一个参考实施例中， 1000克氧化铅与调整pH后的溶液结合。例如，氧化铅与该溶液完全混合。所 述混合溶液发生原位溶胶-凝胶反应的加热温度在40℃～80℃之间。优选地， 添加了1000克氧化铅的混合溶液的加热温度为70℃。继而进入步骤340。

在步骤340中，在70℃的加热情况下加热0.1小时到200小时，原位溶 胶-凝胶反应中可形成凝胶，优选地，该加热时间为65小时。继而进入步骤 350。

在步骤350中，产生了包括有氧化铅和纳米材料的复合物。具体来说， 原位溶胶-凝胶反应可产生二氧化钛，二氧化钛和氧化铅冷却后被加压和研 磨。具体地，复合物冷却至15℃～25℃，然后进行加压和研磨，二氧化钛和 氧化铅去除水和/或其他成分的溶液。在一个参考实施例中，其中除去水和/ 或其他成分的溶液的步骤包括将二氧化钛和氧化铅在100℃～260℃之间加热 3～24小时。更为具体地，二氧化钛和氧化铅在230℃，22小时的加热条件下 生产包括氧化铅和纳米级二氧化钛的复合物。方法300终止于步骤350。

在特定的实施例中，首先将190克乙醇和20克水混合，然后将0.5克酚 醛树脂聚合物通过加热和/或混合的方式溶解在乙醇和水的混合溶液中，在添 加了酚醛树脂后，继续添加30克原硅酸四乙酯形成第一溶液，所述第一溶液 包括了乙醇、水、酚醛树脂以及原硅酸四乙酯。

将稀硫酸添加入所述第一溶液，通过调节pH值到2.5，形成第二溶液。

将所述第二溶液与1000克氧化铅充分混合，混合后的第二溶液和氧化铅 在75℃的条件下加热来激发原位溶胶-凝胶反应。当原位溶胶-凝胶反应形成 溶胶后，继续在75℃的条件下加热50小时，原位溶胶-凝胶反应可在氧化铅 存在的条件下形成包裹氧化铅的二氧化硅凝胶。

将凝胶冷却到室温后，进行进一步的加压和研磨，然后将研磨后的凝胶 进一步在230℃的条件下加热18小时来产生包括有氧化铅和纳米级二氧化硅 粒子的复合物，该复合物可用来生产铅酸蓄电池的活性材料。

在另一个特定的实施例中，首先将150克异丙醇与15克水和3克乙酰丙 酮混合，然后将0.15克聚乙二醇通过混合和或加热的方式溶解在异丙醇、水 和乙酰丙酮的混合溶液中，再将15克原硅酸四乙酯和10克的钛酸四丁酯添 加到其中形成第三溶液，所述第三溶液包括异丙醇、水、乙酰丙酮、聚乙二 醇、原硅酸四乙酯以及钛酸四丁酯。

通过添加盐酸在第三溶液中调节其pH值至3.6，形成第四溶液。

将第四溶液与1000克二氧化铅混合进行氧化反应，所述第四溶液与二氧 化铅充分混合，充分混合后，继续在65℃的条件下加热产生原位溶胶-凝胶反 应形成溶胶。当所述原位溶胶-凝胶反应形成溶胶后，继续在65℃的条件下加 热65小时，原位溶胶-凝胶反应可在氧化铅存在的条件下产生二氧化硅及二 氧化钛混合凝胶。

将包裹氧化铅的混合凝胶冷却到室温后，进行进一步的加压和研磨，然 后将研磨后的凝胶进一步在230℃的条件下加热20小时来产生包括了二氧化 铅和纳米级二氧化硅粒子及二氧化钛粒子的复合物，该复合物可用来生产酸 铅电池的活性材料。

如图4所示的制造酸铅电池组件的方法400。该方法开始于步骤410。

在步骤410中，准备溶液包括金属醇盐以及硅酸盐，优选地，该准备溶 液为均相溶液，将氧化铅添加到所述准备溶液中。继而进入步骤420。

在步骤420中，形成了包括有氧化铅和纳米材料的复合物。原位形成的 纳米材料来自溶液的溶胶-凝胶反应，所述原位溶胶-凝胶反应会阻碍纳米材 料之间的相互聚集而形成纳米材料，所述复合物包括氧化铅部分和纳米材料 部分。优选地，该复合物包括一个含有氧化铅核和纳米材料外壳的粒子。制 造方法见步骤430。

在步骤430中，用来生产铅酸蓄电池的活性材料包括所述氧化铅和纳米 材料。方法400终止于步骤430。

当使用铅酸蓄电池时，步骤420所产生的复合物可使得铅酸蓄电池充放 电时的膨胀度和收缩度降低，从而提高铅酸蓄电池的稳定性和使用寿命。步 骤420所产生的复合物与硫酸水溶液反应时，随着硫酸铅粒子的缩小而增加 效率，从而有效地提高铅酸蓄电池的反应效率。在一些实施例中，铅酸蓄电 池的正极板或负极板包括由步骤420所产生的复合物，正极板和负极板通过 与电解质反应，如硫酸水溶液，来控制铅酸蓄电池的充放电，此外，包括在 所述复合物中的纳米材料在充放电反应中存在化学惰性。

如图5所示的用于制造铅酸蓄电池的方法500。具体来说，方法500是针 对铅酸蓄电池部分进行制造，如铅酸蓄电池100。方法500开始于步骤510。

在步骤510中，第一溶液为利用离子交换树脂所制备的硅酸盐水溶液， 硅酸盐包括硅酸钠(如Na₂SiO₃或Na₄SiO₄或由Na₂SiO₃和Na₄SiO₄的组合)或硅 酸钾(如K₂SiO₃或K₄SiO₄或由K₂SiO₃和K₄SiO₄的组合)或硅酸锂(Li₂SiO₃， Li₄SiO₄或由Li₂SiO₃和Li₄SiO₄的组合)中的至少一种。在特定的实施例中，硅 酸可以以水溶液的形式存在，也就是说，硅酸盐的水溶液形式包括硅酸钠水 溶液形式(也可以称为“钠水玻璃”)，硅酸钾水溶液形式(也可以称为“钾水 玻璃”)，或硅酸锂水溶液形式(也可以称为“水锂玻璃”)中的至少一种，当 然，其他形式的硅酸盐也会特别考虑在内。

在一个特定的实施例中，产生210克的所述第一溶液，其中，硅酸盐的 质量比例为8％。所述第一溶液通过离子交换树脂来制造，使得硅酸盐包括在 第一溶液中。优选地，所述离子交换的过程可通过离子交换树脂柱子来进行。 继而进入步骤520。

在步骤520中，第二溶液与步骤510的产生的溶液通过高聚物或者催化 剂结合。在一个参考实施例中，所述催化剂包括酸性催化剂。酸性催化剂包 括硝酸或硫酸或盐酸或磷酸或丙酸或乙酸或甲酸或酒石酸或柠檬酸或水杨酸 或草酸中的至少一种。然而，在另一个实施例中，碱性催化剂也可用于原位 溶胶-凝胶反应。碱性催化剂包括氨或乙醇胺或二乙醇胺或三乙醇胺或氢氧化 钠或氢氧化钾或氢氧化锂或氢氧化镁中的至少一种，当然，其他催化剂也可 以包括在内。

聚合物可包括天然或合成高分子聚合物。聚合物包括但不限于一种水溶 性聚合物，该聚合物包括聚乙二醇或聚乙烯醇或聚丙烯酰胺或苯酚甲醛树脂 或聚乙烯亚胺或聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸或纤维素中的至少一种，聚合物可 以促进第二溶液的稳定性。

在特定实施例产生了210克第一溶液的情况下，所述第一溶液的pH值通 过氢氧化钠稀释溶液调节到4.16，然后添加2克的聚乙二醇至调节pH值的第 一溶液中，充分混合得到第二溶液。继而进入步骤530。

在步骤530中，步骤520制造的第二溶液与氧化铅混合，优选地，氧化 铅为粉状氧化铅，粉状氧化铅的粒度优选地在1微米到50微米之间，当然氧 化铅不会局限于某个特定的粒度或粒度范围。所述氧化铅包括一氧化铅或四 氧化二或二氧化铅中的至少一种。

在一个特定实施例中，第二溶液包括210克第一溶液、2克聚乙二醇以及 1000克氧化铅粒子，其中所述氧化铅粒子与第二溶液充分混合。继而进入步 骤540。

在步骤540中，基于第二溶液中原位溶胶-凝胶反应制造的复合物包括了 氧化铅和纳米材料。第二溶液中原位溶胶-凝胶反应在氧化铅存在的条件下进 行。

在一个特定的实施例中包括了1000克的氧化铅与210克第一溶液和2克 聚乙二醇的结合，所述的结合可在60℃的加热条件下产生原位溶胶-凝胶反 应。当所述反应产生溶胶时，继续在60℃的加热条件下持续加热26小时。所 述原位溶胶-凝胶反应可在氧化铅存在的原位状态下产生二氧化硅凝胶。在将 凝胶冷却到室温之后，进一步加压和研磨胶体，然后研磨后的凝胶在230℃的 加热条件下加热18小时来生产包含有氧化铅和纳米级二氧化硅的复合物。继 而进入步骤550。

在步骤550中，步骤540产生的复合物应用于铅酸蓄电池的活性材料。 复合物相关的活性材料可提供许多优质性能给铅酸蓄电池。例如，具有步骤 540所产生的复合物的铅酸蓄电池的使用寿命被大大提高。其他性能例如比能 量及比功率比也会被提高。该方法500终止于步骤550。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行 业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明 书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范 围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。