Graphite artificiel
Le graphite artificiel est fabriqué par traitement thermique du coke de pétrole, du brai de houille ou du pétrole. Le graphite artificiel est un matériau très durable et est utilisé dans une large gamme d'applications, notamment les PC et les smartphones, ainsi que les batteries secondaires lithium-ion pour véhicules électriques, dont le marché devrait connaître une croissance significative à l'avenir.
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Avantages du graphite artificiel
Performances électrochimiques
Par rapport au graphite naturel, le graphite artificiel peut non seulement contrôler sa qualité et sa structure de manière plus stricte, mais également avoir de meilleures performances électrochimiques. En tant que matériau de batterie commun, le graphite a toujours été privilégié. Cependant, avec les progrès continus de la science et de la technologie, les gens peuvent broyer le graphite naturel puis traiter le graphite artificiel par des procédés chimiques ou physiques. Par conséquent, en tant que matériau de batterie, il a un large éventail de perspectives d'application et est connu comme un matériau alternatif très potentiel.
Conception personnalisée
Il peut également ajuster la structure et la morphologie pour obtenir une conception personnalisée afin de répondre aux exigences de performance de différents scénarios d'application. Par exemple, en contrôlant finement sa microstructure, il peut devenir différents types de matériaux de batterie tels que les supercondensateurs, les matériaux de stockage d'énergie et les batteries lithium-ion. Cette propriété fait du graphite artificiel un sujet d'actualité dans le domaine de la recherche sur les matériaux de batterie.
Conductivité électrique élevée
Il s'agit d'un matériau composé de graphite naturel, qui modifie sa structure cristalline par frittage à haute température pour former un matériau à haute conductivité, à stabilité à haute température et à haute contrôlabilité structurelle. Il est largement utilisé dans de nombreux domaines, mais le plus couramment utilisé est celui des batteries. Le graphite artificiel dans les batteries modernes est principalement utilisé sur les plaques négatives pour stocker et libérer des ions dans l'électrode négative, ce qui génère un courant électrique. Par rapport au graphite naturel, il est plus pur, a une conductivité plus élevée et une structure plus homogène, ce qui améliore les performances et la durée de vie de la batterie.
Types de graphite artificiel
Graphite à grains fins
Certaines combinaisons de propriétés particulières du graphite ne peuvent être obtenues que si des solides à grains fins sont utilisés. C'est pourquoi le graphite dit à grains fins a été développé, qui est produit par un procédé de broyage. Le graphite à grains fins est un graphite dont la granulométrie est inférieure à 1 mm. Certains graphites à grains fins ont même une granulométrie inférieure à 1 µm.
Graphite isostatique
Le terme « graphite isostatique » désigne le graphite formé de manière isostatique. Cela signifie que le mélange de matières premières est compacté en blocs rectangulaires ou ronds dans une presse isostatique à froid (CIP). Par rapport à d'autres techniques telles que l'extrusion ou le moulage par vibration, cette technologie permet de produire la forme la plus isotrope de graphite artificiel. De plus, le graphite isostatique présente généralement les plus petites granulométries de tous les graphites artificiels.
Graphite extrudé
Le graphite extrudé est produit par extrusion. Comparé au graphite isostatique, il présente une granulométrie plus grossière et une résistance moindre, mais une conductivité thermique et électrique plus élevée.
Graphite moulé par vibration
Le graphite moulé par vibration se caractérise par une structure homogène et une granulométrie généralement moyenne. Le matériau présente un profil de propriétés isotrope planaire, c'est-à-dire presque isotrope, et peut être produit dans de très grands formats.
Graphite moulé sous pression
La classe de matériaux en carbone et graphite moulés sous pression comprend différents matériaux tels que le carbone amorphe, le graphite et le carbone graphite, un composite de carbone dur et de graphite. Ces matériaux ont une granulométrie fine à ultra-fine et peuvent également présenter une anisotropie élevée en raison du processus de formage axial. Cette diversité de matériaux se traduit par une gamme extrêmement large de profils de propriétés en termes de résistance, de comportement au frottement et de conductivité.
Utilisation du graphite artificiel dans l'industrie aérospatiale
Systèmes de gestion thermique
Le graphite artificiel est connu pour son excellente conductivité thermique. Dans les applications aérospatiales, il est utilisé dans la construction de dissipateurs thermiques et de systèmes de gestion thermique. Ces composants aident à dissiper la chaleur générée par les équipements électroniques et les systèmes de propulsion, garantissant ainsi le fonctionnement des systèmes aérospatiaux critiques dans des limites de température sûres.
Électrodes pour EDM (usinage par décharge électrique)
L'usinage par décharge électrique est un procédé d'usinage de précision utilisé dans la fabrication aérospatiale. Les électrodes en graphite artificiel sont utilisées dans les machines EDM pour créer des formes et des caractéristiques complexes dans les composants aérospatiaux constitués de matériaux durs tels que les alliages de titane et de nickel.
Systèmes de freinage pour l'aviation
Les composites en graphite artificiel sont utilisés dans les systèmes de freinage des avions en raison de leur conductivité thermique élevée, de leur faible taux d'usure et de leur résistance élevée. Ces matériaux peuvent résister aux températures et aux forces extrêmes générées lors des atterrissages des avions et offrent des performances de freinage fiables.
Composants structurels d'aéronefs
Dans certains cas, les composites en graphite artificiel sont utilisés dans la construction de composants structurels légers dans les avions, en particulier dans les applications où des rapports résistance/poids élevés sont essentiels.
Piles à combustible
Le graphite artificiel est utilisé comme composant dans les systèmes de piles à combustible aérospatiales, qui sont étudiés comme une alternative potentielle aux moteurs à combustion traditionnels qui dépendent des combustibles fossiles. Les piles à combustible génèrent de l'électricité par des réactions électrochimiques et nécessitent des matériaux comme le graphite artificiel pour leurs électrodes et leurs plaques bipolaires.
Composants de l'engin spatial
Dans les applications spatiales, où des températures extrêmes et des conditions de vide sont rencontrées, le graphite artificiel est utilisé dans divers composants, notamment les boucliers thermiques des satellites, les gorges des tuyères de fusées et les structures de charge utile.
Propulseurs ioniques
Le graphite artificiel est utilisé dans les propulseurs ioniques, un type de système de propulsion utilisé dans les engins spatiaux pour les missions de longue durée. Ces propulseurs s'appuient sur l'accélération d'ions (généralement du xénon) pour générer une poussée et nécessitent des grilles en graphite artificiel ou des composants similaires.
Contacts électriques
Le graphite artificiel est utilisé dans les contacts électriques et les brosses des systèmes aérospatiaux où une conductivité électrique précise et une résistance à l'usure sont importantes, comme dans les systèmes de contrôle et l'avionique.
Renforts dans les composites
Les fibres de graphite artificielles sont parfois utilisées comme renforts dans les matériaux composites destinés aux applications aérospatiales. Ces composites peuvent être utilisés dans les composants d'aéronefs pour réduire le poids tout en conservant la résistance et la durabilité.
Protection contre les radiations
Lors des missions spatiales, les composites en graphite artificiel peuvent être utilisés comme blindage contre les radiations afin de protéger les astronautes et les équipements sensibles des rayonnements cosmiques.
Structure et propriétés du graphite artificiel
Conductivité électrique du graphite artificiel
Le fait que le graphite artificiel soit conducteur d'électricité résulte de sa structure atomique. Chaque atome de carbone d'un cristal de graphite artificiel possède quatre électrons de valence, également appelés électrons externes, qui peuvent former des liaisons avec les atomes voisins. Cependant, seuls trois des quatre électrons de valence entrent dans une liaison, tandis que le quatrième électron reste librement mobile et permet ainsi la conduction de l'électricité.
Conductivité thermique du graphite artificiel
Le graphite artificiel présente une excellente conductivité thermique associée à une résistance élevée aux températures élevées. Le graphite artificiel n'a pas de point de fusion ; il passe directement de l'état solide à l'état gazeux. Ce processus est appelé sublimation. Dans une atmosphère de gaz inerte, le graphite artificiel devient plastiquement déformable à partir d'une température de 2500 degrés. À des températures supérieures à 3750 degrés, le graphite artificiel se sublime même sans présence d'oxygène.
Résistance chimique du graphite artificiel
Le graphite artificiel est l'un des matériaux les plus résistants chimiquement. Il résiste à presque tous les milieux de la chimie organique. Il s'agit notamment des produits intermédiaires et/ou finis de la pétrochimie, du raffinage du charbon, de l'industrie des plastiques, de la production de peintures, de revêtements, de réfrigérants et d'antigels, mais aussi des industries cosmétiques et alimentaires. Le graphite artificiel résiste également à la plupart des milieux inorganiques, tels que les acides non oxydants, les alcalis, les solutions salines aqueuses et la plupart des gaz techniques.
La fonction essentielle du graphite artificiel dans les batteries lithium-ion
Le graphite artificiel est un excellent matériau conducteur
Le graphite artificiel est un excellent conducteur d'électricité et de chaleur. Il est donc idéal pour une utilisation dans les batteries, où il permet de conduire efficacement les électrons entre l'anode et la cathode. Le graphite artificiel est également très résistant à la corrosion, ce qui est important pour la longévité des batteries lithium-ion.
Le graphite artificiel améliore la durée de vie de la batterie
L'un des indicateurs de performance les plus importants pour les batteries est la durée de vie du cycle, c'est-à-dire le nombre de fois qu'une batterie peut être déchargée et rechargée avant de devoir être remplacée. Le graphite artificiel joue un rôle essentiel dans l'amélioration de la durée de vie du cycle de la batterie, en empêchant les ions lithium de rester piégés dans l'anode pendant la charge.
Excellent débit à haute capacité
Le graphite artificiel présente également une capacité élevée, ce qui signifie qu'il peut stocker et libérer rapidement de grandes quantités d'énergie. Cela est important pour des applications telles que les véhicules électriques, où la batterie doit pouvoir décharger rapidement une grande quantité d'énergie. Le cycle de traitement écologique du graphite artificiel est un choix supérieur pour répondre aux normes de qualité des batteries lithium-ion pour des performances et une production d'énergie optimales.
Graphite naturel ou artificiel
Composition
Graphite artificiel :Produit à partir d'une matière première carbonée par un traitement à haute température, le graphite artificiel présente une structure atomique hautement ordonnée. Il présente un niveau de pureté supérieur à 99 % de carbone, les impuretés restantes étant principalement constituées de cendres et de matières volatiles.
Graphite naturel :Dérivé de gisements minéraux naturels, le graphite naturel se forme par métamorphisme de matières organiques. Il se compose d'une teneur en carbone variable, généralement comprise entre 15 % et 95 %, la composition restante comprenant des impuretés telles que des cendres, du soufre et des oligo-éléments.
Procédés de fabrication
Graphite artificiel :La production de graphite artificiel consiste à graphiter des matières carbonées, comme le coke de pétrole ou le brai de houille, à des températures supérieures à 2 500 degrés. Ce procédé permet l'alignement des atomes de carbone, ce qui donne une structure hautement cristalline avec une excellente conductivité thermique et électrique.
Graphite naturel :Extrait de mines ou de carrières, le graphite naturel subit plusieurs traitements mécaniques et chimiques pour améliorer sa qualité. Ces procédés comprennent le broyage, la flottation, la purification et la micronisation, qui permettent d'éliminer les impuretés et d'ajuster la taille et la distribution des particules.
Propriétés physiques et chimiques
Graphite artificiel :Le graphite artificiel possède des propriétés physiques supérieures à celles de son homologue naturel. Il présente une densité élevée, une faible porosité et une conductivité thermique et électrique remarquable. De plus, le graphite artificiel offre une excellente résistance à la corrosion chimique, ce qui le rend adapté aux applications exigeantes.
Graphite naturel :Le graphite naturel présente une densité plus faible, une porosité plus élevée et une conductivité thermique et électrique modérée. Ses propriétés peuvent varier en fonction de l'origine et des techniques de traitement employées. Bien qu'il n'ait pas le même niveau de performance que le graphite artificiel, le graphite naturel trouve néanmoins de nombreuses applications dans diverses industries.
Applications
Graphite artificiel :En raison de ses propriétés exceptionnelles, le graphite artificiel est largement utilisé dans les industries de pointe. Il s'agit d'un composant essentiel des batteries lithium-ion, améliorant leur densité énergétique et prolongeant leur durée de vie. Le graphite artificiel est également utilisé dans des applications à haute température comme les creusets, les électrodes et les éléments chauffants.
Graphite naturel :Le graphite naturel trouve des applications dans divers secteurs. Il est couramment utilisé comme lubrifiant en raison de ses propriétés autolubrifiantes. De plus, le graphite naturel est utilisé dans les industries de l'acier et de l'automobile pour les creusets, les revêtements de fonderie, les garnitures de frein et les joints. Il sert également de matériau d'anode dans les piles alcalines et dans les réacteurs nucléaires en tant que modérateur.
Procédé de fabrication du graphite artificiel
Préparation de poudre et de pâte
Les matières premières pour la fabrication du graphite artificiel (coke de pétrole, coke de brai, noir de carbone, graphite naturel et déchets de graphite secondaire) sont chargées et stockées dans des silos de matières premières. Tout d'abord, les matières premières sont broyées dans des concasseurs et des broyeurs à boulets. La poudre obtenue est ensuite conditionnée en fonction de la distribution granulométrique. Enfin, la poudre est mélangée à un liant pour produire une pâte. Le brai de houille ou le brai de pétrole sont utilisés comme liants.
Formation de forme
Le mélange pâteux obtenu peut être compacté en utilisant l'une des techniques de mise en forme : extrusion, vibromoulage ou pressage isostatique à froid.
● L'extrusion consiste à forcer le mélange pâteux à travers une filière munie d'une ouverture. L'extrusion permet d'obtenir un produit long tel que des tiges, des barres, des plaques longues ou des tubes de sections régulières, qui peuvent être découpés en morceaux de la longueur requise. Les matériaux en graphite extrudé sont isotropes. Les propriétés dans le sens de l'extrusion diffèrent des propriétés dans les autres directions.
● Le moulage par vibration est une méthode de moulage discontinue pour les produits de grandes dimensions. Un moule est rempli du mélange pâteux et une plaque métallique lourde est placée dessus. Ensuite, le matériau est compacté en faisant vibrer le moule. Les corps formés présentent un degré d'isotropie plus élevé que les matériaux extrudés.
● Le pressage isostatique à froid est une méthode de compactage de poudre réalisée à température ambiante et consistant à appliquer une pression dans plusieurs directions à travers un milieu liquide entourant la pièce compactée. On utilise un moule flexible immergé dans un milieu liquide sous pression. Des matériaux à structure anisotrope uniforme sont préparés à l'aide de la méthode de pressage isostatique.
Pâtisserie
Les pièces compactées sont traitées thermiquement dans un four de cuisson anaérobie à des températures comprises entre 900 et 1200 degrés (1650 et 2200 degrés F). La carbonisation se produit pendant la cuisson. Elle entraîne la décomposition thermique du liant en carbone élémentaire et en composants volatils. Le carbone formé lors du processus de carbonisation lie les particules de poudre. Le volume du liant est supérieur au volume du carbone formé. Par conséquent, la carbonisation entraîne la formation de pores. Le volume relatif total de porosité est déterminé par la quantité de liant.
Imprégnation de brai
À ce stade du processus, les pièces en carbone peuvent être imprégnées de brai et recuites pour réduire leur porosité. L'imprégnation est généralement effectuée en utilisant un brai de viscosité inférieure à celle du brai de liant d'origine. Une faible viscosité est nécessaire pour combler les espaces plus complètement. Le brai de pétrole est normalement utilisé pour cette fonction. Pour certaines nuances de graphite haute densité, les pièces en carbone peuvent passer par le cycle de cuisson, d'imprégnation de brai et de recuit plusieurs fois.
Graphitisation
A ce stade, les pièces façonnées, cuites, imprégnées de brai et recuites sont traitées thermiquement dans un environnement anaérobie à une température extrêmement élevée de 2700 à 3000 degrés (4900 à 5450 degrés F). La graphitisation entraîne la cristallisation du carbone précurseur amorphe, qui se transforme en graphite cristallin. Sous l'influence de la température, les cristallites croissent et se réorganisent selon un motif ordonné de plans parallèles empilés. Cette transformation s'accompagne d'un changement des propriétés physiques du matériau. Au cours de ce traitement à haute température, le graphite est également purifié car la plupart de ses impuretés (résidus de liant, gaz, oxydes, soufre) se vaporisent.
Contrôles de qualité
Les articles graphités sont soumis à une série de tests et d'inspections avant d'être expédiés. À ce stade, le matériau en graphite obtenu présente déjà une excellente résistance à la corrosion et une conductivité thermique exceptionnelle. Il est cependant très poreux et donc pas du tout imperméable.
Notre usine
L'entreprise dispose désormais de 2 ateliers de production modernes et de 2 grands ateliers de stockage, qui peuvent répondre aux besoins de production à grande échelle et de logistique rapide. Le volume de production annuel a atteint 100 400 tonnes. Après des années de travail acharné, nous avons travaillé en étroite collaboration avec de nombreuses entreprises nationales et exporté vers de nombreux pays et régions. À l'avenir, l'entreprise continuera d'adhérer à la philosophie d'entreprise « axée sur la qualité, l'honnêteté et la fiabilité », d'améliorer continuellement la qualité des produits et le niveau de service, de mener une coopération et des échanges approfondis avec des entreprises nationales et étrangères et de promouvoir conjointement le développement de l'industrie du carbone.
Nos Certifications
FAQ
Q : Qu'est-ce que le graphite artificiel ?
Q : Que devez-vous savoir sur le graphite ?
Q : Quelles sont les matières premières du graphite artificiel ?
Q : Le graphite synthétique est-il cher ?
Q : Quels sont les effets négatifs du graphite ?
Q : Quels sont les faits intéressants sur le graphite ?
Q : Qu'est-ce qui est inhabituel dans le graphite ?
Q : Combien coûte le graphite synthétique ?
Q : Quelle est la principale différence entre le graphite naturel et le graphite artificiel ?
Q : Quelles sont les applications typiques du graphite artificiel ?
Q : Quels sont les avantages de l’utilisation de graphite artificiel par rapport au graphite naturel ?
Q : En quoi le processus de fabrication du graphite artificiel est-il différent de celui du graphite naturel ?
Q : Quelles sont les principales propriétés qui rendent le graphite artificiel utile dans diverses applications ?
Q : Comment la pureté du graphite artificiel se compare-t-elle à celle du graphite naturel ?
Q : Le graphite artificiel peut-il être recyclé ou réutilisé ?
Q : Quelles sont les considérations environnementales dans la production de graphite artificiel ?
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