WO1993008123A1 - Flat micrometric graphite, their preparation method and use - Google Patents

Flat micrometric graphite, their preparation method and use

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WO1993008123A1
WO1993008123A1 PCT/EP1992/002317 EP9202317W WO9308123A1 WO 1993008123 A1 WO1993008123 A1 WO 1993008123A1 EP 9202317 W EP9202317 W EP 9202317W WO 9308123 A1 WO9308123 A1 WO 9308123A1
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Guy Furdin
Jean-François MARECHE
Albert Herold
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Centre National De La Recherche Scientifique
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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, as determined by X-ray diffraction. The flat micrometric graphite is useful as an electrode material in rechargeable or non-rechargeable batteries.

Description

Graphite micronique plat, procédé pour sa préparation et ses applications- La présente invention concerne des particules microniques de graphite, un procédé pour leur préparation, et leurs applications. The present invention relates to micron particles of graphite, 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.Different powdery carbonaceous materials, graphite or not, are known. They are industrially prepared 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.Carbon blacks are obtained by cracking hydrocarbons in the vapor phase. They are in the form of nanometric powder, the particles of which are agglomerated or not. Some of these materials can be graphitized by a 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 μm) , les particules très fines (diamètre inférieur à 20 μm) .Artificial graphites are obtained by a controlled treatment of precursors (pyrolysis of coal pitch or petroleum), followed by graphitation. The resulting products are then either dry ground in ball mills, or wet ground in ball mills. Each product is identified 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 μm).
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.For many applications of the lubrication type, it is sought to respect the sheet structure, that is to say an ultra-thin crystalline structure. However, conventional grinding techniques break the grains in all directions.
Un objet de la présente invention est de fournir un matériau graphité sous forme de particules de graphite microniques plates. L'invention a également pour objet un procédé permettant d'obtenir les particules microniques plates à partir de carbones graphitisables ou partiellement graphités.An object of the present invention is to provide a graphite material in the form of flat micron graphite particles. The invention also relates to a method for obtaining the flat micron particles from graphitizable or partially graphitized carbons.
PLACEMENT Enfin, l'invention a pour objet des applications du dit matériau.PLACEMENT Finally, the invention relates to applications of said material.
Le matériau graphité selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il est constitué essentiellement de particules 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 mosaïcite, déterminée par diffraction des rayons X, de l'ordre de + 15° d'angle. De préférence, le facteur de forme des particules est supérieur à 100.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 flat support in a layer of a few millimeters in thickness have a mosaicite , determined by X-ray diffraction, of the order of + 15 ° angle. Preferably, the form factor of the particles is greater than 100.
Le facteur de forme représente le rapport du diamètre Φ des particules à leur épaisseur d.The form factor represents the ratio of the diameter Φ 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. 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 graphite material of the present invention is obtained by a two-step process. During a first step, an expanded material is prepared from a graphite or graphitisable precursor material. In a second step, the expanded material is subjected to grinding. The grinding results from the alternating action of an ultrasonic probe and a rotary mill with shearing and cavitation effect. The alternation of these two types of grinding is particularly effective for fragmenting pre-ground expanded graphite particles into unitary crystallites. In fact, the combination of ultrasound and the rotary grinder makes it possible to obtain fine particles having a very high form factor, of the order of 100 to 200. The duration of the grinding fixes the maximum dimension of the particles.
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 rotary shear mill, mention may be made of the Ultra Turrax mills, from the company Janke 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/1 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 has the essential purpose of wetting the expanded graphite with an appropriate liquid. Any liquid wetting 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 are used of expanded graphite. The mixture of expanded graphite and. wetting liquid is pre-ground, for example by a helical turbine. This pre-grinding phase allows homogenization of the mixture and results in 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.Drying after grinding, which aims to remove the wetting liquid, is useful to prevent particles from agglomerating. The wetting liquid must be removed to avoid recompaction of the flat micron graphite particles. This removal can advantageously be carried out by lyophilization, preferably when benzene or cyclohexane is used as a 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 onocristallines 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 40μm et une épaisseur de quelques dizaines de μm à quelques centaines de μm. On peut également citer les cokes de brai graphités ou graphitisables.As a precursor material, any graphitized or graphitizable material can be used in which an element can be inserted. By way of example, mention may be made of natural graphite from Madagascar or natural graphite from Brazil. Madagascar graphite is in the form of quasi-onocrystalline particles having an average diameter of 0.5 mm and an average thickness of a few tenths of mm. It contains less than 0.5% ash. Brazilian graphite is found in the form of quasi-monocrystalline particles with an average diameter of 40 μm and a thickness of a few tens of μm to a few hundred μm. Mention may also be made of graphite or graphitisable pitch cokes.
Le matériau précurseur peut être expansé par un procédé consistant à intercaler un réactif dans lé 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'intercalât 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 1 'acide sulf rique. Toutefois, les réactifs ayant une décomposition exothermique, tels que ceux décrits dans la demande de brevet FR 91.97516, sont particulièrement avantageux. ParmiThe precursor material can be expanded by a process consisting in interposing a reagent in the precursor material, then subjecting the insertion compound obtained, optionally washed with water and dried, to a sudden rise in temperature (thermal flash). The rapid departure 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, reagents having an exothermic decomposition, such as those described in patent application FR 91.97516, are particularly advantageous. Among
MPLA EMENT 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 d 3 contre 2 kg par dm3 pour le matériau précurseur) . Son aire spécifique est de 1'ordre de quelques dizaines de m∑/g, alors qu'elle est de l'ordre de 1 m2/9 pour le matériau précurseur.MPLA EMENT these reagents having an exothermic decomposition, mention may be made of perchloric acid, used alone or as a mixture with nitric acid, or even nitromethane. The apparent density of the expanded graphite thus obtained is very low (a few grams per d 3 against 2 kg per dm3 for the precursor material). Its specific area is of the order of a few tens of m∑ / g, while it is of the order of 1 m2 / 9 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 graphitized 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 μm. 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 device using light scattering, for example of the Malvern type manufactured by Instrumat which implements the scattering of a laser beam from particles suspended in a carrier liquid. The histogram is spread between 0 and 100 μm. It depends on the grinding time in the first four hours and on 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 rétrodiffuses, met en évidence des particules dont l'épaisseur est inférieure à 0,1 μm. Cet examen au microscope électronique donne des résultats point par point.The morphology of the product obtained is determined by examination with a scanning electron microscope. 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 scratches of the support are visible by transparency, as are the copper nodules in the brass matrix. This phenomenon, linked to the existence of backscattered electrons, highlights particles whose thickness is less than 0.1 μm. This examination under the electron microscope 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 . 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 area of the flat micron graphite obtained was evaluated by using the krypton adsorption isotherms carried out at 77. Qualitative analysis of isothermal shows that the product is characterized by a surface homogeneity identical to that encountered with natural graphite. The quantitative use of isotherms makes it possible to determine the specific area of flat micron graphite. Given the sheet morphology of the flat micron graphite particles, the covering 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 onoponctué comportant les réflexions [hko] du graphite.The crystallinity of the material is determined by electron diffraction. The particles are deposited by filtration on a front nucleopore membrane. to be collected 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 an onopunctuated diffraction plate comprising the reflections [hko] of 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. L'enregistrement diffractométrique aux rayons X, réalisé en transmission, montre les réflexions hko, mais également la réflexion 002, dont la présence et l'intensité permettent une bonne appréciation de l'état de désorientation des particules.The depositability of flat micron graphite particles was assessed on a layer of particles deposited by decantation on a thin beryllium plate. The X-ray diffractometric recording, performed in transmission, shows the hko reflections, but also the 002 reflection, whose presence and intensity allow a good appreciation of the state of disorientation of the particles.
EXEMPLE 1EXAMPLE 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 μ a été utilisé. 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. 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.A natural graphite, UF4, supplied by Le Carbone Lorraine and presenting a particle size distribution histogram compatible with an average diameter of 6.4 μ was used. 1 g of this material was brought into contact with 4 ml of a mixture composed of 70% commercial perchloric acid and fuming nitric acid (50/50 volume) for 2 hours. 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 subjected to pre-grinding for approximately 1/4 h using of a helical turbine at 2000 rpm. Then they were subjected to grinding for 3 hours, said grinding consisting of alternating sequences of 10 min of grinding using a rotary Ultra-Turrax mill and sequences of 5 min 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 mμ. 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 1'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 mμ. The observation of the particles in scanning electron microscope shows a morphological state very different from that of the material before "grinding. After treatment, .the particles are transparent under 1'impact of the electron beam. The diameter / thickness ratio was therefore greatly increased after grinding.
EXEMPLE 2EXAMPLE 2
Le mode opératoire de lrexemple 1 a été reproduit avec un coke de brai non graphité, obtenu par carbonisation àThe procedure of r example 1 was repeated with a non-graphitized pitch coke obtained by carbonization
1100°C d'un brai de houille. Ce coke de brai non graphité présentait un histogramme compatible avec un diamètre moyen de 50 mμ.1100 ° C of a coal pitch. This non graphitized pitch coke presented a histogram compatible with an average diameter of 50 mμ.
Le produit obtenu présente un .histogramme de répartition compatible avec un diamètre moyen de 28 mμ.The product obtained has a distribution histogram compatible with an average diameter of 28 mμ.
EXEMPLE 3EXAMPLE 3
Le mode opératoire de 1'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 1'exemple 2. Ce coke de brai graphité présentait un histogramme compatible avec un diamètre moyen de 50 mμ.The procedure of Example 1 was reproduced with a graphite pitch coke, obtained by a heat treatment at 2500 ° C. of the non graphite pitch coke used in Example 2. This graphite pitch coke had a compatible histogram with an average diameter of 50 mμ.
Le produit obtenu présente un histogramme de répartition compatible avec un diamètre moyen de 12 mμ.The product obtained has a distribution histogram compatible with an average diameter of 12 mμ.
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. EXEMPLE 4These results show that the process of the present invention is effective for cokes, and more particularly for graphite cokes, therefore easier to insert. EXAMPLE 4
Un composé d'insertion a été préparé à partir de graphite de Madagascar et d'acide sulfurique.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 insertion compound obtained was washed with water and dried at 110 "C. A sudden rise in temperature up to 1000" C caused the graphite to expand.
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 1'évaporâtion du liquide porteur.Various mixtures containing from 1 to 60 g of expanded graphite in 1 1 of benzene were subjected to pre-grinding for approximately 1/4 h using a helical turbine at 2000 rpm. Then, each mixture was subjected alternately to an ultrasonic probe (20KHz) and to a grinder of the Ultra Turrax type (20,000 rpm). Each sequence lasted 15 min, including 5 min of ultrasound and 10 min of Ultra Turrax. The reactor was thermostatically controlled to avoid 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. 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/1 de graphite. On note que toutes les particules possèdent un diamètre inférieur à 30 μm.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. The distribution of the The size of the particles subjected to stirring in a carrier liquid was determined using a Malvern type device Figure 1 gives the evolution of the particle size as a function of the grinding time for a mixture at 1 g / 1 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 μm, une aire spécifique de l'ordre de 20 m2/α;. et par conséquent un pouvoir couvrant de lOm∑/çj-The particles obtained have a thickness of less than 0.1 μm, a specific area of the order of 20 m2 / α ;. and therefore a covering power of lOm∑ / çj-
Le diagramme de diffraction des électrons du graphite micronique plat obtenu indique une monocristallinité quasi parfaite du matériau.The electron diffraction diagram of the flat micron graphite obtained indicates an 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. 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.A layer of a few tenths of a mm thick, which results from the superposition of several thousand elementary particles, is characterized by a disorientation of the carbon planes of + 15 ° angle. This result reflects the excellent ability of the material to deposit flat. EXAMPLE 5 An insertion compound was prepared from graphite from Brazil and a mixture of nitric acid - perchloric acid - water, according to the procedure described in 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 insertion compound obtained was washed with water and dried at 110 ° C. A sudden rise in temperature to 600 "C caused the graphite to expand.
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 g of expanded graphite in 1 1 of benzene were subjected to pre-grinding for approximately 1/4 h using a helical turbine at 2000 rpm. Then, each mixture was subjected alternately to an ultrasonic probe (20 kHz) and to an Ultra Turrax type mill (2000 rpm). Each sequence lasted 15 min, including 5 min of ultrasound and 10 min of Ultra Turrax.
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 them 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. Les figures 2 et 3 donnent respectivement 1'évolution de la taille des particules en fonction du temps de broyage pour un mélange à 1 g/1 et à 10 g/1 de graphite. On note que toutes les particules possèdent un diamètre inférieur à 30 μm et que 33% des particules ont un diamètre compris entre 4 et 14 μmThe size distribution of the particles subjected to stirring in a carrier liquid was determined using a Malvern type device. Figures 2 and 3 respectively give the evolution of the particle size as a function of the grinding time for a mixture of 1 g / 1 and 10 g / 1 of graphite. Note 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
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/1 broyé pendant 5 h et pendant 11 h.FIG. 4a and FIG. 4b respectively represent the particle size distribution histogram of the product obtained from a 10 g / 1 mixture ground for 5 h and for 11 h.
Les particules obtenues ont une épaisseur inférieure à 0,05 μm et une aire spécifique de l'ordre de 40 τs.-/q, et par conséquent un pouvoir couvrant de 20m2/g-The particles obtained have a thickness of less than 0.05 μm and a specific area of the order of 40 τs .- / q, and consequently a covering power of 20m2 / g-
Le diagramme de diffraction des électrons du graphite micronique plat obtenu indique une monocristallinité quasi parfaite du matériau. 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 Mn02 ou avec tout autre matériau dont les propriétés électrochimiques et/ou morphologiques sont analogues à celles de nθ2, 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 electron diffraction diagram of the flat micron graphite obtained indicates an almost perfect monocrystallinity of the material. GMP flat micron graphite of the present invention can be advantageously used as an electrode material in batteries, rechargeable or not. For this application, the flat micron graphite is used in the form of a mixture with Mn0 2 or with any other material whose electrochemical and / or morphological properties are similar to those of nθ 2 , for example V 2 O 5 . Indeed, a percolation phenomenon occurs in GMP-Mn0 2 mixtures, even for GMP contents of the order of 1%. The following example 6 illustrates this property.
EXEMPLE 6 Un mélange de GMP et de Mn02 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 μA, 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 RI. 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 formuleEXAMPLE 6 A mixture of GMP and MnO 2 is homogenized after having been wetted with cyclohexane. Homogenization is carried out using an ultrasonic probe with a power of 500 watts in a volume of 100 cm 3 with a frequency of 20 KHz, for 10 min. The cyclohexane is then extracted from the mixture by lyophillization. The recovered powder is pelletized under a pressure of 1000 kg / cm 2 . The electrical conductivity is measured on the patch obtained by the Van Der Pauw method. According to this method, on the pad mentioned above, silver lacquer contacts are made as fine as possible at the four vertices A, B, C and D of a rectangle. First, a weak current is circulated, of the order of μA, or even nA, from A to B, noting the value of the voltage appearing between C and D for different intensities of the current. The curve representing the voltage as a function of the intensity of the current is a straight line having a slope RI. Then, repeat the operation by passing a current from D to A and note the voltage appearing between points B and C. The line representing the variation of the voltage between B and C as a function of the intensity of current a an R2 slope. The resistivity p of the layer formed by the patch is given by the formula
Figure imgf000011_0001
dans laquelle e représente l'épaisseur de la couche, RI et
Figure imgf000011_0001
in which e represents the thickness of the layer, RI and
R2 les résistances obtenues par les mesures de tension et de courant et f(Rl/R2) représente la fonction de Van DerR2 the resistances obtained by the voltage and current measurements and f (Rl / R2) represents the Van Der function
Pauw qui est tabulée.Pauw which is tabulated.
Les résultats des mesures sont rassemblés dans .le tableau suivant.The results of the measurements are collated in the following table.
TABLEAUBOARD
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0001
Ces résultats montrent que le phénomène de percolation est atteint dans ces milieux biphasiques avec une teneur en GMP aussi faible que 1%.These results show that the percolation phenomenon is achieved in these two-phase 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%. 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. Elles peuvent en outre être utilisées telles quelles, mélangées à du brai, pour favoriser la graphitisation du brai par un traitement thermique. In conventional batteries, particles of graphitized thermal black are spheroids and the percolation threshold is only obtained with black percentages close to 30%. 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 insert suitable for tribology applications under vacuum or at elevated temperature. They can also be used as such, mixed with pitch, to promote the graphitization of the pitch by a heat treatment.

Claims

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 mosaïcite 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 in a layer of a few millimeters thick on a flat support, a mosaicism determined by diffraction of the X-rays, of the order of + 15 ° angle.
2. Matériau graphité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le facteur de forme est supérieur à2. Graphite material according to claim 1, characterized in that the form factor is greater than
100.100.
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. Method for preparing a graphite material according to any one of claims 1 or 2, characterized in that it consists in preparing an expanded graphite from a graphite or graphitizable precursor material, then in grinding the graphite expanded obtained, said grinding being carried out by the alternating action of an ultrasonic probe and a rotary shear mill.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau précurseur est expansé en insérant un intercalât 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 by subjecting the insertion compound obtained 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-ground 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 graphitized material according to any one of claims 1 to 2, in the graphitization of pitch.
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