具有核壳结构的电极材料、电极复合层及其应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115863590A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211639403.1B82Y40/00(2011.01)(22)申请日2022.12.20B82Y30/00(2011.01)(71)申请人无锡隆基氢能科技有限公司地址214111江苏省无锡市新吴区锡梅路102号(72)发明人孙朱行(74)专利代理机构北京唐颂永信知识产权代理有限公司11755专利代理师刘伟任玮静(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/58(2010.01)C25B11/091(2021.01)C25B1/04(2021.01)权利要求书3页说明书13页附图1页(54)发明名称具有核壳结构的电极材料、电极复合层及其应用(57)摘要本申请公开了一种具有核壳结构的电极材料、电极复合层及其应用，所述电极材料的核区包含金属掺杂的镍硫化物，壳区包含含镍化合物。本申请采用壳结构保护了金属掺杂硫化镍材料的化学稳定性，同时保留了其高电子传导性，所形成的异质结构，能为电极表面催化层提供更活泼的活性位点，最终使得电极材料整体呈现较高的电化学活性与稳定性。CN115863590ACN115863590A权利要求书1/3页1.一种具有核壳结构的电极材料，其中，所述电极材料的核区包含金属掺杂的镍硫化物，壳区包含含镍化合物。2.根据权利要求1所述的电极材料，其中，所述金属掺杂的镍硫化物的金属为钒、钼、铁、钴、锡中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的电极材料，其中，所述含镍化合物包含镍氮化物、镍碳化物、镍硫化物或镍磷化物中的一种。4.根据权利要求1所述的电极材料，其中，所述材料的壳区还包含其他金属元素进行掺杂，所述其他金属元素选自钼、钒、铁、钴、铜、钨和钌中的一种或两种以上。5.根据权利要求1所述的电极材料，其中，所述金属掺杂的镍硫化物中掺杂金属的摩尔含量由材料中心向外逐渐下降，优选地，靠近壳区区域的掺杂金属摩尔含量小于10％，优选小于7％；优选地，靠近所述材料中心区域的掺杂金属的摩尔含量为5‑40％，优选为8‑30％，进一步优选为10‑25％。6.根据权利要求1‑5中任一项所述的电极材料，其中，所述壳区具有开放型孔隙，平均孔隙率为20‑70％，优选为30‑65％，进一步优选为35‑60％。7.根据权利要求1‑3任一项所述的电极材料，其中，所述核区包含钒‑硫化镍、单质镍和镍氧化物；所述钒‑硫化镍包含Ni3S2、不饱和硫化钒和NiS；优选地，以在所述钒‑硫化镍中所占的质量百分比计，所述Ni3S2为10‑70％，优选为20‑60％，进一步优选为25‑50％；所述不饱和硫化钒为1‑30％，优选为2‑20％，进一步优选为3‑10％。8.根据权利要求1‑3任一项所述的电极材料，其中，所述壳区包含镍氮化物、镍氧化物和钒氮化物，所述镍氮化物包含氮化镍和/或不饱和氮化的镍。9.根据权利要求8任一项所述的电极材料，其中，所述壳区中氮摩尔含量从在沿壳区到核区的方向上逐渐下降；优选地，靠近核区的壳区区域的氮摩尔含量小于10％，优选小于5％。10.根据权利要求1‑3任一项所述的电极材料，其中，所述电极材料具有纳米棒、纳米片或纳米球的形貌。11.根据权利要求10所述的电极材料，其中，所述核区的厚度占所述电极材料纵截面厚度的60‑99％，优选为70‑98％，进一步优选为80‑95％。12.根据权利要求10所述的电极材料，其中，所述壳区的厚度占所述电解材料纵截面宽度的0.01‑40％，优选为0.01‑30％，进一步优选为0.5‑20％。13.一种制备电极材料的方法，其包括：在含镍材料表面原位生长金属掺杂的含镍硫化物；将表层进行处理，得到镍氧化物层包覆的金属掺杂的含镍硫化物；将所述镍氧化物层包覆的金属掺杂的含镍硫化物的表层进行处理得到壳区包含含镍化合物且核区包含金属掺杂的镍硫化物的电极材料。14.根据权利要求13所述的方法，其中，将含镍材料表面原位生长金属掺杂的含镍硫化物的方法包括：2CN115863590A权利要求书2/3页将掺杂金属源和硫源混合溶于溶剂中得到前驱体溶液；将前驱体溶液与含镍材料混合反应。15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述掺杂金属源为钒源、铁源、钼源、钴源或锡源中的一种或多种。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述掺杂金属源为钒源，所述钒源为钒粉、氯化钒、钒酸钠、偏钒酸钠、五氧化二钒或十二水合钒酸钠；优选地，所述钒源的浓度为1‑80mM，优选为2‑60mM，进一步优选为3‑40mM。17.根据权利要求14所述的方法，其中，在前驱体溶液中，所述掺杂金属源中的金属源与硫源中的硫的摩尔比为1:0.1‑30，优选为1:0.3‑25，进一步优选为