FR2682370A1 - Flat micronic graphite, process for its preparation and its applications - Google Patents

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Abstract

Micrometric graphite particles, their preparation method and use are described. This graphite material is characterized in that it essentially consists of single crystal particles with a particle-form factor of 50-1000, which have, when deposited in a layer a few millimetres thick on a plane support, a mosaic structure in which the angular carbon plane misalignment is +/- 15 DEG , as determined by X-ray diffraction. The flat micrometric graphite is useful as an electrode material in rechargeable or non-rechargeable batteries.

Description

La présente invention concerne des particules microniques de graphite, un procédé pour leur préparation, et leurs applications. The present invention relates to micron graphite particles, a process for their preparation, and their applications.

Différents matériaux carbonés pulvérulents, graphités ou non, sont connus. Ils sont préparés industriellement par des procédés mettant en oeuvre différentes technologies. Various pulverulent carbonaceous materials, graphitized or not, are known. They are prepared industrially by processes using different technologies.

Les noirs de carbone sont obtenus par craquage d'hydrocarbures en phase vapeur. Ils se présentent sous la forme de poudre nanométrique dont les particules sont agglomérées ou non. Certains de ces matériaux peuvent être graphités par un traitement thermique ultérieur. The carbon blacks are obtained by cracking hydrocarbons in the vapor phase. They are in the form of nanometric powder whose particles are agglomerated or not. Some of these materials may be graphed by subsequent heat treatment.

Les graphites naturels sont obtenus après lavage du minerai et purification du graphite. Natural graphites are obtained after washing the ore and purifying the graphite.

Les graphites artificiels sont obtenus par un traitement contrôlé de précurseurs (pyrolyse de brai de houille ou de pétrole), suivi d'une graphitation. Les produits résultants sont ensuite soit broyés à sec dans des broyeurs à boulets, soit broyés en voie humide dans des broyeurs à billes. Chaque produit est repéré par sa granulométrie. On peut ainsi distinguer les grandes paillettes (diamètre compris entre 0,2 et 2 mm), les petites paillettes (diamètre inférieur à 0,35 mm), les particules fines (diamètre inférieur à 112 ym), les particules très fines (diamètre inférieur à 20 ssm).  Artificial graphites are obtained by a controlled treatment of precursors (pyrolysis of pitch of coal or oil), followed by graphitation. The resulting products are then either dry milled in ball mills or milled wet in ball mills. Each product is marked by its particle size. We can thus distinguish large flakes (diameter between 0.2 and 2 mm), small flakes (diameter less than 0.35 mm), fine particles (diameter less than 112 μm), very fine particles (smaller diameter at 20 ssm).

Pour de nombreuses applications du type lubrification, on cherche à respecter la structure en feuillet, c'est-à-dire une structure cristalline ultra-mince. Or les techniques de broyage classiques cassent les grains dans tous les sens
Un objet de la présente invention est de fournir un matériau graphité sous forme de particules de graphite microniques plates, caractérisées par un rapport diamètre/épaisseur élevé.
For many applications of the lubrication type, it is sought to respect the sheet structure, that is to say, an ultra-thin crystalline structure. But conventional grinding techniques break grains in all directions
An object of the present invention is to provide a graphitized material in the form of flat micron graphite particles, characterized by a high diameter / thickness ratio.

L'invention a également pour objet un procédé permettant d'obtenir les particules microniques plates à partir de carbones graphitisables ou partiellement graphités. The invention also relates to a process for obtaining flat micron particles from graphitizable or partially graphitized carbons.

Enfin, l'invention a pour objet des applications du dit matériau. Finally, the subject of the invention is applications of said material.

Le matériau graphité selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il est constitué essentiellement de parti cules monocristallines ayant un facteur de forme compris entre 50 et 1000 et qui, après dépôt sur un support plan en couche de quelques millimètres d'épaisseur présentent une mosaïcité, déterminée par diffraction des rayons X, de l'ordre de + 15 d'angle. The graphitized material according to the present invention is characterized in that it consists essentially of monocrystalline particles having a form factor of between 50 and 1000 and which, after deposition on a plane layer support of a few millimeters thick, exhibit a mosaicite, determined by X-ray diffraction, of the order of +15 °.

De préférence, le facteur de forme des particules est supérieur à 100. Preferably, the particle form factor is greater than 100.

Le facteur de forme représente le rapport du diamètre b des particules à leur épaisseur d. The form factor represents the ratio of the diameter b of the particles to their thickness d.

Le matériau graphité de la présente invention est obtenu par un procédé en deux étapes. Au cours d'une première étape, on prépare un matériau expansé à partir d'un matériau précurseur graphité ou graphitisable. Au cours d'une deuxième étape, la matériau expansé est soumis à un broyage. Le broyage résulte de l'action alternée d'une sonde à ultra-sons et d'un broyeur rotatif à effet de cisaillement et de cavitation. The graphite material of the present invention is obtained by a two-step process. In a first step, an expanded material is prepared from a graphitized or graphitized precursor material. In a second step, the expanded material is subjected to grinding. The grinding results from the alternating action of an ultrasound probe and a rotary mill with shear and cavitation effect.

L'alternance de ces deux types de broyage est particulièrement efficace pour fragmenter en cristallites unitaires les particules de graphite expansé prébroyées. En effet, l'association d'ultra sons et du broyeur rotatif permet d'obtenir des particules fines ayant un facteur de forme très élevé, de l'ordre de 100 à 200. La durée du broyage fixe la dimension maximale des particules.The alternation of these two types of grinding is particularly effective for fragmenting the pre-milled expanded graphite particles into unit crystallites. Indeed, the combination of ultrasound and rotary mill produces fine particles having a very high form factor, of the order of 100 to 200. The duration of grinding sets the maximum particle size.

Comme exemple de broyeur rotatif à effet de cisaillement, on peut citer les broyeurs Ultra Turrax, de la Société Janke et
Kunkel.
As an example of a shearing rotary mill, mention may be made of the Ultra Turrax crushers from the Janke Company and
Kunkel.

De préférence, le matériau expansé est soumis à un prébroyage qui a pour but essentiel de mouiller le graphite expansé par un liquide approprié. Tout liquide mouillant le graphite peut être utilisé. A titre d'exemple, on peut citer le benzène, le toluène ou le cyclohexane, le benzène et le toluène étant particulièrement efficaces. De préférence, on utilise des mélanges contenant de 1 à 60 g/l de graphite expansé. Le mélange de graphite expansé et de liquide mouillant est prébroyé, par exemple par une turbine hélicoïdale. Cette phase de prébroyage permet une homogénéisation du mélange et entraîne une fragmentation importante des flocons de graphite expansé.  Preferably, the expanded material is subjected to a pre-grinding which is essentially intended to wet the expanded graphite with a suitable liquid. Any liquid wetting the graphite can be used. By way of example, mention may be made of benzene, toluene or cyclohexane, benzene and toluene being particularly effective. Preferably, mixtures containing from 1 to 60 g / l of expanded graphite are used. The mixture of expanded graphite and wetting liquid is pre-milled, for example by a helical turbine. This pre-crushing phase makes it possible to homogenize the mixture and causes significant fragmentation of the expanded graphite flakes.

Un séchage postérieur au broyage, qui a pour but d'éliminer le liquide mouillant, est utile pour empêcher les particules de s'agglomérer. Le liquide mouillant doit être éliminé afin d'éviter tout recompactage des particules de graphite micronique plat. Cette élimination peut être effectuée avantageusement par lyophilisation, de préférence lorsque le benzène ou le cyclohexane est utilisé comme liquide mouillant. Post-milling drying, which is intended to remove the wetting liquid, is useful for preventing particles from clumping together. The wetting liquid must be removed in order to avoid any recompaction of the flat micron graphite particles. This removal can advantageously be carried out by lyophilization, preferably when benzene or cyclohexane is used as wetting liquid.

Comme matériau précurseur, on peut utiliser tout matériau graphité ou graphitisable dans lequel un élément peut être intercalé. A titre d'exemple, on peut citer le graphite naturel de Madagascar ou le graphite naturel du Brésil. Le graphite de
Madagascar se trouve sous forme de particules quasi monocristallines ayant un diamètre moyen de 0,5 mm et une épaisseur moyenne de quelques dixièmes de mm. Il contient moins de 0,5% de cendres. Le graphite du Brésil se trouve sous forme de particules quasi monocristallines ayant un diamètre moyen de 40ym et une épaisseur de quelques dizaines de ym à quelques centaines de Am. On peut également citer les cokes de brai graphités ou graphitisables.
As a precursor material, any graphite or graphitizable material in which an element can be inserted can be used. By way of example, mention may be made of natural Madagascar graphite or Brazilian natural graphite. The graphite of
Madagascar is in the form of quasi-monocrystalline particles having an average diameter of 0.5 mm and an average thickness of a few tenths of a mm. It contains less than 0.5% ash. The graphite of Brazil is in the form of quasi-monocrystalline particles having an average diameter of 40 μm and a thickness of a few tens of ym to a few hundred of Am. One can also cite graphite or graphitizable pitch cokes.

Le matériau précurseur peut être expansé par un procédé consistant à intercaler un réactif dans le matériau précurseur, puis à soumettre le composé d'insertion obtenu, éventuellement lavé à l'eau et séché, à une élévation brutale de la température (flash thermique). Le départ rapide de l'intercalat s'accompagne d'une expansion (ou exfoliation) unidimensionnelle irréversible de chaque particule de graphite. Comme réactif, on peut utiliser par exemple les mélanges chlorure ferrique-ammoniac ou l'acide sulfurique. Toutefois, les réactifs ayant une décomposition exothermique, tels que ceux décrits dans la demande de brevet FR 91.97516, sont particulièrement avantageux. Parmi ces réactifs ayant une décomposition exothermique, on peut citer l'acide perchlorique, utilisé seul ou en mélange avec l'acide nitrique, ou encore le nitrométhane. La densité apparente du graphite expansé ainsi obtenu est très faible (quelques grammes par dm3 contre 2 kg par dm3 pour le matériau précurseur). Son aire spécifique est de l'ordre de quelques dizaines de m2/g, alors qu'elle est de l'ordre de 1 m2/g pour le matériau précurseur. The precursor material may be foamed by a method of interposing a reagent into the precursor material, and then subjecting the resulting insertion compound, optionally washed with water and dried, to a sudden rise in temperature (thermal flash). The rapid start of the intercalate is accompanied by an irreversible one-dimensional expansion (or exfoliation) of each graphite particle. As reagent, it is possible to use, for example, ferric chloride-ammonia mixtures or sulfuric acid. However, the reagents having an exothermic decomposition, such as those described in the patent application FR 91.97516, are particularly advantageous. Among these reagents having an exothermic decomposition, there may be mentioned perchloric acid, used alone or in a mixture with nitric acid, or else nitromethane. The apparent density of the expanded graphite thus obtained is very low (a few grams per dm3 against 2 kg per dm3 for the precursor material). Its specific surface is of the order of a few tens of m2 / g, whereas it is of the order of 1 m2 / g for the precursor material.

La présente invention est décrite plus en détails dans les exemples suivants, donnés à titre illustratif mais non limitatif, et qui concernent la préparation du matériau graphité de la présente invention, à partir de différents matériaux graphités ou graphitisables. The present invention is described in more detail in the following examples, given by way of illustration but not limitation, and which relate to the preparation of the graphite material of the present invention, from different graphitized or graphitizable materials.

L'histogramme de répartition granulométrique a été établi par comptage et détermination de la taille des particules à l'aide d'un appareil utilisant la diffusion de la lumière, par exemple du type Malvern fabriqué par Instrumat qui met en oeuvre la diffusion d'un rayon laser par les particules mises en suspension dans un liquide porteur. L'histogramme est étalé entre 0 et 100 clam. Il dépend du temps de broyage dans les quatre premières heures et du pouvoir mouillant du liquide utilisé. Il donne la dimension principale des particules. The particle size distribution histogram was established by counting and determining the particle size using a light scattering apparatus, for example of the Malvern type manufactured by Instrumat which implements the scattering of a particle. laser beam by particles suspended in a carrier liquid. The histogram is spread between 0 and 100 clam. It depends on the grinding time in the first four hours and the wetting power of the liquid used. It gives the main dimension of the particles.

La morphologie du produit obtenu est déterminée par examen au microscope électronique à balayage. Les particules sont déposées sur un support en laiton préalablement poli. La tension accélératrice du faisceau d'électrons incident est de 21 KV. L'épaisseur des particules est telle que les rayures du support sont visibles par transparence, de même que les nodules du cuivre dans la matrice de laiton. Ce phénomène, lié à l'existence d'électrons rétrodiffusés, met en évidence des particules dont l'épaisseur est inférieure à 0,1 ym. Cet examen au microscope électronique donne des résultats point par point. The morphology of the product obtained is determined by scanning electron microscopy. The particles are deposited on a previously polished brass support. The accelerating voltage of the incident electron beam is 21 KV. The thickness of the particles is such that the stripes of the support are visible by transparency, as well as the nodules of the copper in the brass matrix. This phenomenon, linked to the existence of backscattered electrons, reveals particles whose thickness is less than 0.1 μm. This electron microscopic examination gives results point by point.

L'aire spécifique du graphite micronique plat obtenu a été évaluée en exploitant les isothermes d'adsorption du krypton réalisée à 77 K. L'analyse qualitative des isothermes montre que le produit est caractérisé par une homogénéité de surface identique à celle rencontrée avec un graphite naturel. L'exploitation quantitative des isothermes permet de déterminer l'aire spécifique du graphite micronique plat. Compte-tenu de la morphologie en feuille des particules de graphite micronique plat, on en déduit le pouvoir couvrant. The specific surface area of the flat micron graphite obtained was evaluated by exploiting the 77 k Krypton adsorption isotherms. The qualitative analysis of the isotherms shows that the product is characterized by a surface homogeneity identical to that encountered with a graphite natural. The quantitative exploitation of the isotherms makes it possible to determine the specific surface area of the flat micron graphite. Given the sheet morphology of flat micron graphite particles, the hiding power is deduced therefrom.

La cristallinité du matériau est déterminée par diffraction des électrons. Les particules sont déposées par filtration sur une membrane nucléopore avant d'être récupérées sur une grille d'observation. La faible épaisseur des particules permet de réaliser les conditions de diffraction donnant le maximum de résolution ' et aboutissant à un cliché de diffraction monoponctué comportant les rélexions [hko du graphite. The crystallinity of the material is determined by electron diffraction. The particles are deposited by filtration on a nucleopore membrane before being recovered on an observation grid. The small thickness of the particles makes it possible to achieve the diffraction conditions giving the maximum resolution and resulting in a monopunctuated diffraction pattern comprising the reflections [hko of the graphite.

L'aptitude au dépôt des particules de graphite micronique plat a été appréciée sur une couche de particules déposées par décantation sur une plaque de béryllium de faible épaisseur. The depositability of flat micron graphite particles was assessed on a layer of particles deposited by settling on a thin beryllium plate.

L'enregistrement diffractométrique aux rayons X, réalisé en transmission, montre les reflexions hko, mais également la réflexion 002, dont la présence et l'intensité permettent une bonne appréciation de l'état de désorientation des particules.The X-ray diffractometric recording, carried out in transmission, shows the hko reflections, but also the reflection 002, whose presence and intensity allow a good appreciation of the disorientation state of the particles.

EXEMPLE 1
Un graphite naturel, UF4, fourni par Le Carbone Lorraine et présentant un histogramme de répartition granulométrique compatible avec un diamètre moyen de 6,4 mA a été utilisé.
EXAMPLE 1
A natural graphite, UF4, supplied by Carbone Lorraine and having a particle size distribution histogram compatible with an average diameter of 6.4 mA was used.

On a mis en contact 1 g de ce matériau avec 4 ml d'un mélange composé d'acide perchlorique commercial à 70% et d'acide nitrique fumant (50/50 volumique) pendant 2 heures. 1 g of this material was contacted with 4 ml of a mixture of 70% commercial perchloric acid and fuming nitric acid (50/50 volume) for 2 hours.

Après réaction, ce milieu hétérogène a été filtré sous vide. Le gâteau récupéré après filtration a été placé dans le fond d'un réacteur préalablement chauffé au rouge. Cette première étape a conduit à l'expansion des particules du matériau de départ. Les particules expansées ont ensuite été soumises à un prébroyage pendant environ 1/4 h à l'aide d'une turbine hélicoïdale à 2000 t/min. Puis elles ont subi un broyage pendant 3 heures, ledit broyage consistant à alterner des séquences de 10 min de broyage à l'aide d'un broyeur rotatif Ultra-Turrax et des séquences de 5 min d'ultra-sons. Pour cette étape de broyage, les particules étaient mouillées par du cyclohexane.After reaction, this heterogeneous medium was filtered under vacuum. The cake recovered after filtration was placed in the bottom of a reactor previously heated to red. This first step led to the expansion of the particles of the starting material. The expanded particles were then comminuted for about 1/4 h with a helical turbine at 2000 rpm. Then they were milled for 3 hours, said grinding consisting of alternating 10 min grinding sequences using an Ultra-Turrax rotary mill and sequences of 5 minutes of ultrasound. For this grinding step, the particles were wetted with cyclohexane.

Le produit obtenu présente un histogramme de répartition compatible avec un diamètre moyen de 6,2 mp. L'observation des particules au microscope électronique à balayage montre un état morphologique très différent de celui du matériau avant broyage. Après traitement, les particules sont transparentes sous l'impact du faisceau d'électrons. Le rapport diamètre/épaisseur a donc largement augmenté après broyage. The product obtained has a distribution histogram compatible with an average diameter of 6.2 mp. The observation of the particles with a scanning electron microscope shows a morphological state very different from that of the material before grinding. After treatment, the particles are transparent under the impact of the electron beam. The diameter / thickness ratio has therefore greatly increased after grinding.

EXEMPLE 2
Le mode opératoire de l'exemple 1 a été reproduit avec un coke de brai non graphité, obtenu par carbonisation à 11000C d'un brai de houille. Ce coke de brai non graphité présentait un histogramme compatible avec un diamètre moyen de 50 m.
EXAMPLE 2
The procedure of Example 1 was reproduced with a non-graphitized pitch coke, obtained by carbonization at 11000C of a coal pitch. This non-graphitized pitch coke had a histogram compatible with an average diameter of 50 m.

Le produit obtenu présente un histogramme de répartition compatible avec un diamètre moyen de 28 m.  The product obtained has a distribution histogram compatible with an average diameter of 28 m.

EXENPLE 3
Le mode opératoire de l'exemple 1 a été reproduit avec un coke de brai graphité, obtenu par un traitement thermique à 2500"C du coke de brai non graphité utilisé dans l'exemple 2.
EXECUTIVE 3
The procedure of Example 1 was repeated with a graphite pitch coke obtained by heat treatment at 2500 ° C of the non-graphitized pitch coke used in Example 2.

Ce coke de brai graphité présentait un histogramme compatible avec un diamètre moyen de 50 my. This graphitized pitch coke had a histogram compatible with an average diameter of 50 μm.

Le produit obtenu présente un histogramme de répartition compatible avec un diamètre moyen de 12 my.  The product obtained has a distribution histogram compatible with an average diameter of 12 my.

Ces résultats montrent que le procédé de la présente invention est efficace pour les cokes, et plus particulièrement pour les cokes graphités donc plus faciles à insérer. These results show that the process of the present invention is effective for cokes, and more particularly for coke graphites, thus easier to insert.

EXEMPLE 4
Un composé d'insertion a été préparé à partir de graphite de Madagascar et d'acide sulfurique.
EXAMPLE 4
An insertion compound was prepared from Madagascar graphite and sulfuric acid.

Le composé d'insertion obtenu a été lavé à l'eau et séché à 110"C. Une élévation brutale de la température jusqu'à 1000 "C a provoqué l'expansion du graphite. The resulting insertion compound was washed with water and dried at 110 ° C. A sharp rise in temperature to 1000 ° C. caused expansion of the graphite.

Différents mélanges contenant de 1 à 60 g de graphite expansé dans 1 1 de benzène ont été soumis à un prébroyage pendant environ 1/4 h à l'aide d'une turbine hélicoïdale à 2 000 t/min. Ensuite, chaque mélange a été soumis alternativement à une sonde à ultra sons (20KHz) et à un broyeur du type
Ultra Turrax (20 000 t/min). Chaque séquence a duré 15 min, dont 5 min d'ultra sons et 10 min d'Ultra Turrax. Le réacteur a été thermostaté afin d'éviter l'évaporation du liquide porteur.
Various mixtures containing from 1 to 60 grams of expanded graphite in 1 liter of benzene were comminuted for about 1/4 hour using a helical turbine at 2,000 rpm. Then, each mixture was subjected alternately to an ultrasonic probe (20KHz) and to a grinder of the type
Ultra Turrax (20,000 rpm). Each sequence lasted 15 minutes, including 5 minutes of ultrasounds and 10 minutes of Ultra Turrax. The reactor was thermostated to prevent evaporation of the carrier liquid.

Le benzène a été éliminé par solidification du mélange à 0 C et pompage dynamique des vapeurs avec piégeage de celles-ci à 180"C. Après ce dernier traitement, le graphite micronique plat est obtenu à l'état sec. The benzene was removed by solidification of the mixture at 0 ° C. and dynamic pumping of the vapors with trapping of these at 180 ° C. After this last treatment, the flat micron graphite is obtained in the dry state.

La distribution de la taille des particules soumises à agitation dans un liquide porteur a été déterminée à l'aide d'un appareil type Malvern. La figure 1 donne l'évolution de la taille des particules en fonction du temps de broyage pour un mélange à 1 g/l de graphite. On note que toutes les particules possèdent un diamètre inférieur à 30 iim.  The size distribution of the agitated particles in a carrier liquid was determined using a Malvern type apparatus. Figure 1 gives the evolution of the size of the particles as a function of the grinding time for a mixture at 1 g / l of graphite. It is noted that all the particles have a diameter of less than 30 μm.

Les particules obtenues ont une épaisseur inférieure à 0,1 une aire spécifique de l'ordre de 20 m2/g, et par conséquent un pouvoir couvrant de 10m2/g.  The particles obtained have a thickness of less than 0.1 a specific surface area of the order of 20 m 2 / g, and consequently a covering power of 10 m 2 / g.

Le diagramme de diffraction des électrons du graphite micronique plat obtenu indique une monocristallinité quasi parfaite du matériau. The electron diffraction pattern of the resulting flat micron graphite indicates almost perfect monocrystallinity of the material.

Une couche de quelques dixièmes de mm d'épaisseur, qui résulte de la superposition de plusieurs milliers de particules élémentaires, est caractérisée par une désorientation des plans carbonés de + 15 d'angle. Ce résultat rend compte de l'excellente aptitude du matériau à se déposer à plat. A layer of a few tenths of a millimeter thick, which results from the superposition of several thousand elementary particles, is characterized by a disorientation of the carbon planes of + angle. This result reflects the excellent ability of the material to lay flat.

EXEMPLE 5
Un composé d'insertion a été préparé à partir de graphite du Brésil et d'un mélange acide nitrique - acide perchlorique eau, selon le mode opératoire décrit dans la demande de brevet
FR 91.97516.
EXAMPLE 5
An insertion compound was prepared from Brazilian graphite and a mixture of nitric acid and perchloric acid water, according to the procedure described in the patent application.
FR 91.97516.

Le composé d'insertion obtenu a été lavé à l'eau et séché à 110"C. Une élévation brutale de la température jusqu'à 600"C a provoqué l'expansion du graphite. The resulting insertion compound was washed with water and dried at 110 ° C. A sudden rise in temperature to 600 ° C. caused the expansion of the graphite.

Différents mélanges contenant de 1 à 60 g de graphite expansé dans 1 1 de benzène ont été soumis à un prébroyage pendant environ 1/4 h à l'aide d'une turbine hélicoïdale à 2 000 t/min. Ensuite, chaque mélange a été soumis alternativement à une sonde à ultra sons (20KHz) et à un broyeur du type
Ultra Turrax (2 000 t/min). Chaque séquence a duré 15 min, dont 5 min d'ultra sons et 10 min d'Ultra Turrax.
Various mixtures containing from 1 to 60 grams of expanded graphite in 1 liter of benzene were comminuted for about 1/4 hour using a helical turbine at 2,000 rpm. Then, each mixture was subjected alternately to an ultrasonic probe (20KHz) and to a grinder of the type
Ultra Turrax (2,000 rpm). Each sequence lasted 15 minutes, including 5 minutes of ultrasounds and 10 minutes of Ultra Turrax.

Le benzène a été éliminé par solidification du mélange à O"C et pompage dynamique des vapeurs avec piégeage de celles-ci à 1800C. Après ce dernier traitement, le graphite micronique plat est obtenu à l'état sec. The benzene was removed by solidification of the mixture at 0 ° C. and dynamic pumping of the vapors with trapping of these at 1800 ° C. After this last treatment, the flat micron graphite is obtained in the dry state.

La distribution de la taille des particules soumises à agitation dans un liquide porteur a été déterminée à l'aide d'un appareil type Malvern. Les figures 2 et 3 donnent respectivement l'évolution de la taille des particules en fonction du temps de broyage pour un mélange à 1 g/l et à 10 g/l de graphite. On note que toutes les particules possèdent un diamètre inférieur à 30 tm et que 33% des particules ont un diamètre compris entre 4 et 14 ym
La figure 4a et la figure 4b représentent respectivement l'histogramme de répartition granulométrique du produit obtenu à partir d'un mélange à 10 g/l broyé pendant 5 h et pendant 11 h.
The size distribution of the agitated particles in a carrier liquid was determined using a Malvern type apparatus. Figures 2 and 3 respectively show the evolution of the particle size as a function of the grinding time for a mixture of 1 g / l and 10 g / l of graphite. It is noted that all the particles have a diameter of less than 30 μm and that 33% of the particles have a diameter of between 4 and 14 μm.
FIG. 4a and FIG. 4b respectively represent the particle size distribution histogram of the product obtained from a 10 g / l mixture milled for 5 h and for 11 h.

Les particules obtenues ont une épaisseur inférieure à 0,05 m et une aire spécifique de l'ordre de 40 m2/g, et par conséquent un pouvoir couvrant de 20m2/g.  The particles obtained have a thickness of less than 0.05 m and a specific surface area of the order of 40 m 2 / g, and consequently a covering power of 20 m 2 / g.

Le diagramme de diffraction des électrons du graphite micronique plat obtenu indique une monocristallinité quasi parfaite du matériau. The electron diffraction pattern of the resulting flat micron graphite indicates almost perfect monocrystallinity of the material.

Le graphite micronique plat GMP de la présente invention peut être utilisé avantageusement comme matériau d'électrode dans des piles, rechargeables ou non. Pour cette application, le graphite micronique plat est utilisé sous forme d'un mélange avec MONO2 ou avec tout autre matériau dont les propriétés électrochimiques et/ou morphologiques sont analogues à celles de MnO2, par exemple V2O5. En effet, un phénomène de percolation se produit dans les mélanges GMP-Mn02, même pour des teneurs en
GMP de l'ordre de 1%. L'exemple 6 suivant illustre cette propriété.
The GMP flat micron graphite of the present invention can be advantageously used as electrode material in batteries, rechargeable or otherwise. For this application, the flat micron graphite is used in the form of a mixture with MONO 2 or with any other material whose electrochemical and / or morphological properties are similar to those of MnO 2, for example V 2 O 5. In fact, a percolation phenomenon occurs in GMP-MnO2 mixtures, even for
GMP of the order of 1%. Example 6 below illustrates this property.

EXENPLE 6
r
Un mélange de GMP et de MnO2 est homogénéisé après avoir été mouillé par du cyclohexane. L'homogénéisation est effectuée à l'aide d'une sonde à ultra-sons avec une puissance de 500 watts dans un volume de 100 cm3 avec une fréquence de 20 KHz, pendant 10 min. Le cyclohexane est ensuite extrait du mélange par lyophillisation. La poudre récupérée est pastillée sous une pression de 1000 kg/cm2. La mesure de la conductivité électrique est réalisée sur la pastille obtenue par la méthode de Van Der Pauw. Suivant cette méthode, on réalise sur la pastille mentionnée ci-dessus, des contacts à la laque d'argent aussi fins que possible aux quatre sommets A, B, C et D d'un rectangle. Dans un premier temps, on fait circuler un courant faible, de l'ordre du pA, voire du nA, de A vers B, en notant la valeur de la tension apparaissant entre C et D pour différentes intensités du courant. La courbe représentant la tension en fonction de l'intensité du courant est une droite ayant une pente R1. Ensuite, on répète l'opération en faisant passer un courant de D vers A et on note la tension apparaissant entre les points B et C. La droite représentant la variation de la tension entre B et C en fonction de l'intensité du courant a une pente R2. La résistivité p de la couche formée par la pastille est donnée par la formule suivante P = 2ion2 (Ri + R2) f ( RR2l dans laquelle e représente l'épaisseur de la couche, R1 et R2 les résistances obtenues par les mesures de tension et de courant et f(R1/R2) représente la fonction de Van Der Pauw qui est tabulée.
EXTENSION 6
r
A mixture of GMP and MnO 2 is homogenized after being wetted with cyclohexane. The homogenization is carried out using an ultrasound probe with a power of 500 watts in a volume of 100 cm3 with a frequency of 20 KHz for 10 min. The cyclohexane is then extracted from the mixture by lyophilization. The recovered powder is pelletized at a pressure of 1000 kg / cm 2. The measurement of the electrical conductivity is performed on the pellet obtained by the method of Van Der Pauw. According to this method, silver-lacquer contacts as fine as possible at the four vertices A, B, C and D of a rectangle are produced on the above-mentioned tablet. In a first step, a weak current, of the order of pA or even nA, is circulated from A to B, by noting the value of the voltage appearing between C and D for different current intensities. The curve representing the voltage as a function of the intensity of the current is a line having a slope R1. Then, the operation is repeated by passing a current from D to A and the voltage occurring between the points B and C is noted. The line represents the variation of the voltage between B and C as a function of the intensity of the current. a slope R2. The resistivity p of the layer formed by the pellet is given by the following formula P = 2ion2 (R 1 + R 2) f (RR 2 1 in which e represents the thickness of the layer, R 1 and R 2 the resistances obtained by the voltage measurements and of current and f (R1 / R2) represents the van der Pauw function which is tabulated.

Les résultats des mesures sont rassemblés dans le tableau suivant.The results of the measurements are collated in the following table.

TABLEAU

Figure img00090001
BOARD
Figure img00090001

<tb> % <SEP> volumique <SEP> de <SEP> GMP <SEP> Epaisseur <SEP> de <SEP> la <SEP> Résistivité <SEP> (nom) <SEP>
<tb> <SEP> pastille <SEP> (en <SEP> cm)
<tb> <SEP> 10 <SEP> 0,67 <SEP> 0,022
<tb> <SEP> 6 <SEP> 1,35 <SEP> 0,064
<tb> <SEP> 3 <SEP> 1,65 <SEP> 0,280
<tb> <SEP> 1 <SEP> 0,48 <SEP> 4,47
<tb>
Ces résultats montrent que le phénomène de percolation est atteint dans ces milieux biphasiques avec une teneur en GMP aussi faible que 1%.
<tb>% <SEP> volume <SEP> of <SEP> GMP <SEP> Thickness <SEP> of <SEP><SEP> Resistivity <SEP> (name) <SEP>
<tb><SEP> tablet <SEP> (in <SEP> cm)
<tb><SEP> 10 <SEP> 0.67 <SEP> 0.022
<tb><SEP> 6 <SEP> 1.35 <SEP> 0.064
<tb><SEP> 3 <SEP> 1.65 <SEP> 0.280
<tb><SEP> 1 <SEP> 0.48 <SEP> 4.47
<Tb>
These results show that the percolation phenomenon is reached in these biphasic media with a GMP content as low as 1%.

Dans les piles classiques, des particules de noir thermique graphité sont sphéroïdes et le seuil de percolation n'est obtenu qu'avec des pourcentages de noir voisins de 30%.In conventional stacks, graphitized thermal black particles are spheroidal and the percolation threshold is only obtained with black percentages close to 30%.

L'ensemble des propriétés des particules de graphite micronique plat de la présente invention permettent leur utilisation pour de nombreuses applications. Ainsi, les particules de la présente invention peuvent être utilisées en tribologie classique. Elles peuvent également être utilisées sous forme de composé d'insertion avec un élément inséré approprié pour des applications de tribologie sous vide ou à température élevée. All of the properties of the flat micron graphite particles of the present invention allow their use for many applications. Thus, the particles of the present invention can be used in conventional tribology. They can also be used as an insertion compound with an inserted element suitable for vacuum tribology or high temperature applications.

Elles peuvent en outre être utilisées telles quelles, mélangées à du brai, pour favoriser la graphitisation du brai par un traitement thermique. They can also be used as such, mixed with pitch, to promote the graphitization pitch by heat treatment.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Matériau graphité caractérisé en ce qu'il est constitué essentiellement de particules monocristallines ayant un facteur de forme compris entre 50 et 1000 et présentant, après dépôt en couche de quelques millimètres d'épaisseur sur un support plan, une mosaïcité déterminée par diffraction des rayons X, de l'ordre de + 15 d'angle. 1. Graphite material characterized in that it consists essentially of monocrystalline particles having a form factor of between 50 and 1000 and having, after deposition layer of a few millimeters thick on a flat support, a mosaicite determined by diffraction of X-rays, of the order of +15 degrees. 2. Matériau graphité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le facteur de forme est supérieur à 100. 2. Graphite material according to claim 1, characterized in that the form factor is greater than 100. 3. Procédé d'élaboration d'un matériau graphité selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à préparer un graphite expansé à partir d'un matériau précurseur graphité ou graphitisable, puis à broyer le graphite expansé obtenu, ledit broyage étant réalisé par l'action alternée d'une sonde à ultra sons et d'un broyeur rotatif à effet de cisaillement. 3. Process for producing a graphitized material according to claim 1, characterized in that it consists in preparing an expanded graphite from a graphitized or graphitized precursor material and then grinding the graphite. obtained foaming, said grinding being performed by the alternating action of an ultrasound probe and a shearing rotary mill. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau précurseur est expansé en insérant un intercalat dans ledit matériau, puis en soumettant le composé d'insertion obtenu à une brutale élévation de température. 4. Method according to claim 3, characterized in that the precursor material is expanded by inserting an interlayer in said material, then subjecting the resulting insertion compound to a sudden rise in temperature. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le graphite expansé est prébroyé dans un liquide mouillant. 5. Method according to claim 3, characterized in that the expanded graphite is pre-milled in a wetting liquid. 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le liquide mouillant est éliminé après broyage. 6. Method according to claim 3, characterized in that the wetting liquid is removed after grinding. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le liquide mouillant est éliminé par lyophilisation. 7. Method according to claim 6, characterized in that the wetting liquid is removed by lyophilization. 8. Application du matériau graphité selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, à la préparation de matériaux d'électrode. 8. Application of the graphitized material according to any one of claims 1 to 2, to the preparation of electrode materials. 9. Application du matériau graphité selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, à la graphitisation du brai.  9. Application of the graphite material according to any one of claims 1 to 2, graphitization of pitch.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0660432A1 (en) * 1993-12-22 1995-06-28 Saft Carbon anode for rechargeable electrochemical lithium generator and method of manufacturing
FR2722119A1 (en) * 1994-07-05 1996-01-12 Accumulateurs Fixes Graphite carbon anode for rechargeable lithium cell

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3450894B2 (en) * 1994-03-28 2003-09-29 松下電器産業株式会社 Alkaline manganese battery
US6828064B1 (en) 1998-01-07 2004-12-07 Eveready Battery Company, Inc. Alkaline cell having a cathode incorporating enhanced graphite
US6451486B1 (en) 2000-05-01 2002-09-17 The Gillette Company Battery cathode including a mixture of manganese dioxide with carbon particles of expanded and non-expanded graphite
US6620550B2 (en) 2001-01-23 2003-09-16 The Gillette Company Battery cathode and method of manufacture therefor
US6921610B2 (en) 2001-07-11 2005-07-26 The Gillette Company Battery
SE533778C2 (en) 2009-05-14 2011-01-11 Probi Ab Probiotic fruit drink

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61127612A (en) * 1984-11-26 1986-06-14 Agency Of Ind Science & Technol Production of electrically-conductive graphite material
DE3505656A1 (en) * 1985-02-19 1986-08-28 Sigri GmbH, 8901 Meitingen Process for producing graphite sheet
JPS63147810A (en) * 1986-12-11 1988-06-20 Hitachi Chem Co Ltd High electroconductive graphite having high lubricity
JPH02153810A (en) * 1988-06-08 1990-06-13 Mitsui Mining Co Ltd Leaf blade-like graphite powder and production thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61127612A (en) * 1984-11-26 1986-06-14 Agency Of Ind Science & Technol Production of electrically-conductive graphite material
DE3505656A1 (en) * 1985-02-19 1986-08-28 Sigri GmbH, 8901 Meitingen Process for producing graphite sheet
JPS63147810A (en) * 1986-12-11 1988-06-20 Hitachi Chem Co Ltd High electroconductive graphite having high lubricity
JPH02153810A (en) * 1988-06-08 1990-06-13 Mitsui Mining Co Ltd Leaf blade-like graphite powder and production thereof

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 100, no. 12, 19 Mars 1984, Columbus, Ohio, US; abstract no. 91812P, CLARKE ET AL: 'A new adsorption substrate: Single crystal exfoliated graphite' page 384 ; *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 10, no. 314 (C-380)(2370) 24 Octobre 1986 & JP-A-61 127 612 ( AGENCY OF IND SCIENCE & TECHNOL ) 14 Juin 1986 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 12, no. 410 (C-540)(3257) 28 Octobre 1988 & JP-A-63 147 810 ( HITACHI CHEM CO LTD ) 20 Juin 1988 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 14, no. 406 (C-754)(4349) 4 Septembre 1990 & JP-A-2 153 810 ( MITSUI MINING CO LTD ) 13 Juin 1990 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0660432A1 (en) * 1993-12-22 1995-06-28 Saft Carbon anode for rechargeable electrochemical lithium generator and method of manufacturing
WO1995017770A1 (en) * 1993-12-22 1995-06-29 Saft Carbon anode for a rechargeable electrochemical lithium generator, and method for making same
FR2722119A1 (en) * 1994-07-05 1996-01-12 Accumulateurs Fixes Graphite carbon anode for rechargeable lithium cell

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