[发明专利]一种纳米氢氧化铅的合成方法

说明书

一.本发明所属技术领域

电化学科学与能源技术

二.本发明的技术背景

本发明涉及一种纳米氢氧化铅的合成方法。具体地说，是一种通过可溶性铅盐和氢氧化钠混合溶液在一定的温度和PH值等条件下制取高纯度的纳米氢氧化铅的合成方法。

一般地，铅通常以元素或二价铅[Pb(II)]的形式存在。如果在强氧化剂作用下可以将普通的铅化合物氧化得到四价铅[Pb(IV)]化合物，通常以二氧化铅的形式存在。

锌-二氧化锰电池自19世纪60年代发明以来，已经有将近150年的历史，广泛用作各种移动用电器的电源。随着各类数码产品的迅猛发展，人们对电池的高功率和高容量特性提出了更高的要求。相对于高电容量和电化学活性的锌粉负极(825mAh/g)，碱锰电池的放电容量和性能受限于其二氧化锰正极单电子放电过程(308mAh/g)。为了提高二氧化锰电极的放电特性，并实现它的双电子放电过程，人们发现在二氧化锰粉体中掺杂一定量的PbO，Bi₂O₃，TiO₂或BaTiO₃等掺杂剂可以在一定程度上提高二氧化锰深度放电(如放电截止电压为0.6V)的放电容量，这一点对很多数码电器来说是很重要的。

在我们前期的研究中发现，氢氧化铅尤其是纳米氢氧化铅具有比现有的普通氧化铅更高的电化学活性，这可能由于在碱液中，氢氧化铅比氧化铅在一定程度上更容易离解出氢氧根离子，并进一步与碱液中的OH^-离子络合，形成具有一定溶解度的Pb(OH)₄^2-，使铅络离子更容易均匀分布在二氧化锰的颗粒上，从而提高了氢氧化铅在二氧化锰电极中的掺杂效果。由于纳米氢氧化铅具有比普通氢氧化铅更小的粒子尺寸，加上其纳米尺寸带来的高比表面和高比表面能等纳米材料所特有的纳米效应，在一定程度上提高了掺杂样品的电化学活性。

目前的文献相继报道过一些有关纳米氧化铅的制备方法，比如采用固相法和溶胶凝胶法等方法在强碱性条件下制备纳米氧化铅。究其原因，可能是由于氢氧化铅在加热或者碱性条件下极易失去氢氧化铅晶体中的结晶水，从而形成氧化铅产物。但是有关高纯度纳米氢氧化铅的制备方法却未见报道。

三.本发明的发明内容

本发明的目的在于鉴于氢氧化铅尤其是纳米氢氧化铅在碱性数码电池掺杂方面特殊的电化学活性，迫切需要一种稳定的合成纳米氢氧化铅的新途径。由于纳米氢氧化铅合成的难点，因而有必要研究如何通过控制一定的铅盐，碱液，反应温度、PH值等合成条件，实现纳米氢氧化铅的合成。

根据较为深入系统的研究，发现在一定浓度范围内的硝酸铅溶液和氢氧化钠溶液在一定的滴加速度、PH值和反应时间等条件的控制下，在液相中可以形成适合二氧化锰掺杂需要的片状纳米氢氧化铅。

本发明这种新的化学合成法，可以直接快速合成具有纳米尺寸的超细氢氧化铅。研究结果表明，通过控制反应条件，可以直接得到尺寸分布在30纳米，纯度＞98％的片状氢氧化铅晶体。同时我们进一步对合成过程相配套的工艺条件进行了改进，使新方法一般只需要0.5-6h左右的合成时间。这不仅明显缩短了一般合成纳米工艺长达1-7天的反应时间，以及较长的沉降、过滤和洗涤时间，并且有利于制得更高纯度的氢氧化铅。通常一次沉淀所得的产品具有理想的形貌，可以直接满足无汞碱锰电池级别的试剂要求。

本发明通过下面的描述来阐明本发明的主要目的和本发明的特征。本发明合成纳米氢氧化铅的方法实际上是利用金属离子和沉淀剂在离子积远远大于其溶度积的情况下，能形成具有一定饱和度的亚稳态溶液，在适当的搅拌，诱导剂或晶种的诱导下会瞬间形成大量细小的微晶，并能在稳定的PH值或离子积的液相中均匀沉淀，并按照晶体自身所特有的空间点阵结构形成具有一定大小和形貌的微晶。一般地，增加溶液的搅拌强度和低粘度的反应介质，可以得到尺寸分布较为狭窄的晶体，提高反应温度和反应时间，可以得到较大尺寸的晶体。另外，反应原料和沉淀剂自身的理化特性和反应浓度对合成过程也有很大的影响。