DE19910707A1

DE19910707A1 - Process for treating graphite comprises applying a pressure gradient to a graphite fill or graphite suspension and accelerating the fill or suspension during transition from a first to a second region

Info

Publication number: DE19910707A1
Application number: DE19910707A
Authority: DE
Inventors: Gerd Wiedemann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2000-09-21

Abstract

Process for treating graphite comprises producing a graphite fill or graphite suspension, applying a pressure gradient so that the fill or suspension reaches a second region from a first region under a predetermined pressure, and accelerating the fill or suspension during transition from the first to the second region. The second region has a pressure lower than the first. An Independent claim is also included for a device for this treatment of graphite.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Graphit und eine Vorrichtung zur Behandlung von Graphit, wobei der Graphit in Form einer Graphitschüttung oder einer Graphitsuspension vorliegt.The invention relates to a method for treating graphite and an apparatus for Treatment of graphite, the graphite being in the form of a graphite bed or a Graphite suspension is present.

Graphit wird aufgrund seiner außergewöhnlichen Eigenschaften wie Gleit- und Schmierfähigkeit, chemische Inertheit, elektrische Leitfähigkeit und dergleichen in den unterschiedlichsten Gebieten eingesetzt. So wird er beispielsweise für Schmiermittel, Batterien, Kohlebürsten und Bleistifte verwendet. Zur Anpassung und Optimierung an das jeweilige Einsatzgebiet müssen die Schichtpakete des Graphits, die sich aus einzelnen Plättchen bzw. Lamellen zusammensetzen, auf eine bestimmte Feinheit bzw. Korngrößenverteilung sowie auf eine spezielle Morphologie gebracht werden. Herkömmlicherweise wird der Graphit durch Mahlung zerkleinert. Dabei werden die unterschiedlichsten Mühlentypen, wie z. B. Hammermühlen, Prallmühlen, Kugelmühlen, Stiftmühlen sowie Strahl- und Gegenstrahlmühlen eingesetzt. Zur Abtrennung des gewünschten Feinanteils des Graphits werden einige dieser Mühlen mit einem nachgeschalteten Sichter verwendet.Due to its extraordinary properties such as sliding and lubricating properties, graphite chemical inertness, electrical conductivity and the like in a wide variety of fields used. For example, it is used for lubricants, batteries, carbon brushes and pencils used. The shift packages must be adapted and optimized to the respective area of application of graphite, which are composed of individual platelets or lamellae, to a specific one Fineness or grain size distribution as well as a special morphology. Traditionally, the graphite is crushed by grinding. The different types of grinders, such as B. hammer mills, impact mills, ball mills, pin mills as well as jet and counter jet mills. To separate the desired fine fraction of the Graphite, some of these mills are used with a downstream sifter.

Mit den herkömmlichen Zerkleinerungsmethoden wird lediglich eine Zerkleinerung senkrecht und nur unwesentlich parallel zu den Schichtpaketen des Graphits erreicht. Die dadurch erzielten Partikel sind meist ungleichförmig. Erwünscht ist jedoch eine Zerkleinerung des Graphits parallel zu den Schichtpaketen, so daß einzelne Graphitplättchen bzw. -lamellen erhalten werden. Hierdurch wird einerseits eine bessere Anpassung an die jeweiligen Einsatzgebiete gewährleistet und andererseits die elektrische Leitfähigkeit deutlich verbessert.With the conventional shredding methods, only shredding becomes vertical and only achieved insignificantly parallel to the layer packets of the graphite. The particles obtained are mostly non-uniform. However, it is desirable to shred the graphite parallel to the Layer packets so that individual graphite flakes or lamellae are obtained. This will on the one hand a better adaptation to the respective application areas and on the other hand the electrical conductivity significantly improved.

Aus der US 2,978,428 ist ein Verfahren zur Herstellung feinteiligen Graphits bekannt, wonach der Graphit mit einem Anteil Polyvinylpyrolydon in wässriger Suspension gemahlen wird. Durch den. Zusatz von Polyvinylpyrolydon wird zwar eine Senkung der Viskosität der wässrigen Suspension erreicht und damit die Mahlung erleichtert, jedoch werden die Schichtpakete des Graphits nicht in der gewünschten, parallelen Weise aufgespalten. Zudem bilden sich nach der Entfernung des Suspensionswassers Agglomerate.From US 2,978,428 a method for producing fine-particle graphite is known, according to which Graphite is ground with an amount of polyvinylpyrolydone in aqueous suspension. By the. Addition of polyvinylpyrolydon does reduce the viscosity of the aqueous suspension reached and thus the grinding easier, but the layer packets of the graphite are not in the desired, parallel way split. In addition, after the removal of the Suspension water agglomerates.

Die US 453308 beschreibt ein Verfahren zum Mahlen von Graphit. Dem Graphit wird dabei ein Mahlhilfsmittel zugegeben, das einen Härtegrad größer als 6 Mohs aufweist. Die Mischung aus Graphit und aus dem Graphitmahlhilfsmittel wird gemahlen, um den Graphit zu zerkleinern. Anschließend wird eitle wässrige Suspension der Graphitpartikel und des Graphitmahlhilfsmittels hergestellt und ein Anteil von Hydrocarbonöl zugefügt, so daß sich Graphit-Öl-Agglomerate bilden. Anschließend werden die Graphit-Öl-Agglomerate von dem Mahlhilfsmittel und Wasser getrennt und das Hydrocarbonöl von den Graphit-Öl-Agglomeraten entfernt, um verkleinerte Graphitpartikel bereitzustellen.US 453308 describes a method for grinding graphite. The graphite becomes a Grinding aid added, which has a hardness greater than 6 Mohs. The mixture of Graphite and from the graphite grinding aid is ground to shred the graphite. Then vinegar aqueous suspension of the graphite particles and the graphite grinding aid prepared and added a portion of hydrocarbon oil, so that graphite oil agglomerates are formed. The graphite oil agglomerates are then separated from the grinding aid and water and the hydrocarbon oil is removed from the graphite oil agglomerates to reduce graphite particles to provide.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß das Mahlhilfsmittel sowie die sonstigen Zusätze nach dem Mahlvorgang entfernt werden müssen, was Zeit- und kostenaufwendig ist. Darüber hinaus erreicht man mit diesem Verfahren lediglich eine Zerkleinerung des Graphits senkrecht zu den Schichtpaketen.A disadvantage of this process is that the grinding aid and the other additives after Grinding process must be removed, which is time consuming and costly. Beyond that you can reach with this method, only a reduction of the graphite perpendicular to the layer packets.

Aus der EP 0 675 556 A1 ist eine Alkali-Mangan-Batterie bekannt, die expandierte Graphitpartikel mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,5-15 µm aufweist. Der Graphit wird mit Schwefelsäure behandelt, die in die Zwischengitterschichten eindringt und dort Salze bildet. Der behandelte Graphit wird anschließend auf eine Temperatur von 800-1000°C erhitzt, so daß sich die Zwischengitterschichten des Graphits aufweiten. Der expandierte Graphit wird anschließend gemahlen.From EP 0 675 556 A1 an alkali-manganese battery is known, the expanded graphite particles with an average particle size in the range of 0.5-15 microns. The graphite comes with Treated sulfuric acid, which penetrates the interstitial layers and forms salts there. The treated graphite is then heated to a temperature of 800-1000 ° C, so that the Expand the interstitial layers of the graphite. The expanded graphite is then ground.

Durch die Wärmebehandlung und Expansion haben sich die Zwischengitterschichten des Graphits zwar aufgeweitet, hängen aber immer noch ziehharmonikaförmig zusammen. Diese Ziehharmonikastruktur verformt sich bei dem anschließenden Mahlprozeß zu einer folienartigen Form oder allenfalls nur zu einzelnen Bruchstücken. Eine Zerkleinerung parallel zu den Schichtpaketen des Graphits wird hierdurch nür in sehr geringem Maße erreicht.Due to the heat treatment and expansion, the interstitial layers of the graphite have Although expanded, they are still connected in an accordion shape. This The accordion structure deforms into a foil-like shape during the subsequent grinding process or at most only to individual fragments. Shredding parallel to the layer packets of the As a result, graphite is only achieved to a very small extent.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Graphit bereitzustellen, wonach ein weitgehend delaminierter, d. h. parallel zu den Schichtpaketen zerkleinerter Graphit, erhalten wird. Desweiteren soll ein feinteiliger Graphit geschaffen werden, der einen erhöhten Anteil singulärer Plättchen aufweist.The invention is accordingly based on the object of a method and an apparatus for Provide treatment of graphite, after which a largely delaminated, i.e. H. parallel to the Layer packets of crushed graphite is obtained. Furthermore, a fine-particle graphite be created that has an increased proportion of singular platelets.

Diese Aufgabe wird verfahrenstechnisch nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und vorrichtungstechnisch nach den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. In stofflicher Hinsicht wird die Aufgabe nach den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is procedural according to the features of claim 1 and solved in terms of device technology according to the features of claim 7. In material terms, the Task solved according to the features of claim 11. Advantageous further developments are in the Subclaims specified.

Ein Kerngedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, in einem ersten Verfahrensschritt eine Graphitschüttung oder eine Graphitsuspension herzustellen. Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt ein Druckgradient an die Graphitschüttung oder Graphitsuspension angelegt, derart, daß die Graphitschüttung oder Graphitsuspension von einem ersten Bereich mit einem vorbestimmten Druck in einen zweiten Bereich gelangt, wobei der zweite Bereich einen Druck aufweist, der im Vergleich zum Druck des ersten Bereichs niedriger ist. In einem dritten Verfahrensschritt wird die Graphitschüttung oder Graphitsuspension beim Übergang von dem ersten Bereich in den zweiten Bereich beschleunigt. Mit diesem Verfahren wird eine schonende Zerkleinerung bzw. Aufspaltung der Schichtpakete des Graphits bewirkt, wobei der Graphit größtenteils in einzelne Plättchen bzw. Lamellen aufgespalten wird. Es wurde überraschend gefunden, daß der Graphit bei diesem Verfahren keiner aufwendigen Vorbehandlung unterzogen werden muß, um einen zufriedenstellenden Anteil an singulären Plättchen zu erhalten. Damit entfallen auch die aufwendigen Maßnahmen, die dem Graphit in der Vorbehandlung zugegebenen Fremdstoffe anschließend wieder zu entfernen. Der nach diesem Verfahren aufgespaltene Graphit kann somit unmittelbar entnommen und in diversen Verwendungsbereichen direkt eingesetzt werden. Bei Verwendung des Graphits in Form einer Graphitsuspension, insbesondere einer wässrigen Graphitsuspension, ist gegebenenfalls nur noch ein Trocknungsvorgang erforderlich. Ferner findet durch den am Graphit anliegenden Druckgradienten und durch die Beschleunigung des Graphits in den zweiten Bereich eine Zerkleinerung der Graphitpartikel vorzugsweise parallel zu den Schichtpaketen statt.A core idea of the method according to the invention is in a first method step to produce a graphite bed or a graphite suspension. Then in a second Method step a pressure gradient applied to the graphite bed or graphite suspension, such that that the graphite bed or graphite suspension from a first area with a predetermined Pressure reaches a second area, the second area having a pressure which in the Compared to the pressure of the first area is lower. In a third step, the Graphite bed or graphite suspension during the transition from the first area to the second Area accelerated. With this method, a gentle crushing or splitting of the Layer packets of graphite causes, the graphite mostly in individual platelets or Slats is split. It was surprisingly found that the graphite in this process no elaborate pretreatment needs to be done to get a satisfactory share to get singular tiles. This also eliminates the complex measures involved in graphite remove any foreign substances added in the pretreatment. The one after this Processed graphite can thus be removed immediately and in various Areas of use can be used directly. When using the graphite in the form of a Graphite suspension, in particular an aqueous graphite suspension, is possibly only one Drying process required. Furthermore, due to the pressure gradient applied to the graphite and by accelerating the graphite into the second region, a reduction of the Graphite particles preferably take place parallel to the layer packets.

Vorzugsweise weist der erste Bereich wahlweise Normaldruck oder Überdruck auf, wobei der Überdruck etwa 50-1000 bar beträgt. Der zweite Bereich weist wahlweise Normaldruck oder Unterdruck auf, wobei der Unterdruck etwa 10-100 mbar beträgt. Der Graphit kann demnach sowohl von einem Bereich mit Überdruck in einen Bereich mit Normaldruck oder von einem Bereich mit Überdruck in einen Bereich mit Unterdruck, oder alternativ von einem Bereich mit Normaldruck in einen Bereich mit Unterdruck beschleunigt werden. Bei einer Beschleunigung des Graphits von einem Bereich mit Überdruck in einen Bereich mit Normaldruck oder Unterdruck wird bevorzugt Graphit in Form einer Graphitsuspension, insbesondere einer wässrigen Graphitsuspension, verwendet, die newtonsches Fließverhalten aufweist. Durch diese Maßnahme wird die Aufspaltung der Schichtpakete des Graphits in einzelne Plättchen bzw. Lamellen stark begünstigt.The first region preferably has either normal pressure or positive pressure, the Overpressure is about 50-1000 bar. The second area has either normal pressure or Negative pressure, the negative pressure being about 10-100 mbar. The graphite can therefore both from an area with overpressure to an area with normal pressure or from an area with Overpressure in an area with negative pressure, or alternatively from an area with normal pressure in an area can be accelerated with negative pressure. When the graphite accelerates from one Area with overpressure in an area with normal pressure or underpressure is preferred graphite in Form of a graphite suspension, in particular an aqueous graphite suspension used, the exhibits Newtonian flow behavior. This measure will split the layer packets of graphite in individual platelets or lamellae greatly favored.

In einer bevorzugten Ausführung wird die Graphitschüttung oder Graphitsuspension während der Beschleunigung mit einer Zug-, Druck-, Schub- und/oder Scherspannung beaufschlagt. Hierdurch wirken ausreichend starke örtliche Kräfte auf den Graphit ein, die zugleich eine parallele und vergleichsweise schonende Aufspaltung der Schichtpakete des Graphits bewirken.In a preferred embodiment, the graphite bed or graphite suspension during the Acceleration is subjected to a tensile, compressive, shear and / or shear stress. Hereby Sufficiently strong local forces act on the graphite, which are both parallel and cause comparatively gentle splitting of the layer packets of graphite.

Vorteilhafterweise kann die Graphitschüttung oder Graphitsuspension aus Naturgraphit oder aus synthetischem Graphit, vorzugsweise aus vorbehandeltem Naturgraphit oder vorbehandeltem synthetischen Graphit hergestellt werden. Eine Vorbehandlung ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht unbedingt erforderlich. Sie ist jedoch dann vorteilhaft, wenn beispielsweise geringe Druckgradienten an die Graphitschüttung oder Graphitsuspension angelegt werden sollen.The graphite bed or graphite suspension can advantageously be made of natural graphite or of synthetic graphite, preferably from pretreated natural graphite or pretreated synthetic graphite. Pretreatment is the case of the invention Procedure not absolutely necessary. However, it is advantageous if, for example, low Pressure gradients are to be applied to the graphite bed or graphite suspension.

Vorzugsweise wird der Naturgraphit oder der synthetische Graphit wie folgt vorbehandelt:
Zunächst wird eine Säure, beispielsweise H2SO4 und/oder HNO3 zum Graphit zugegeben. Alternativ kann die Säure elektrochemisch in die Zwischengitterschichten des Graphits interkaliert werden. Anschließend wird der säurehaltige Graphit mit einer Wässrigen Lösung gewaschen und getrocknet. Durch diese Vorbehandlung werden Fremdionen in die Zwischengitterschichten des Graphits eingelagert, wodurch sich die Abstände der Schichten von ca. 3,4 A auf ca. 8 A vergrößern. In einem weiteren Verfahrensschritt kann der Graphit zusätzlich auf eine Temperatur von etwa 150-1000°C erhitzt werden. Durch die anschließende Erwärmung werden die aufgeweiteten Schichten ziehharmonikaartig aufgebläht, und zwar in Richtung der C-Achse (Kristallachse), entgegen der von der Waalschen Kräfte. Der so vorbehandelte Graphit wird anschließend in Form einer Graphitschüttung oder Graphitsuspension gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 weiterbehandelt. Diese Vorbehandlung ist insbesondere bei geringeren Druckgradienten vorteilhaft, da durch den erhaltenen Ziehharmonikaverbund eine Aufspaltung des Graphits in einzelne Plättchen bzw. Lamellen begünstigt wird.The natural graphite or the synthetic graphite is preferably pretreated as follows:
First an acid, for example H2SO4 and / or HNO3, is added to the graphite. Alternatively, the acid can be electrochemically intercalated into the interstitial layers of the graphite. The acidic graphite is then washed with an aqueous solution and dried. As a result of this pretreatment, foreign ions are embedded in the interlattice layers of the graphite, which increases the spacing between the layers from approx. In a further process step, the graphite can additionally be heated to a temperature of approximately 150-1000 ° C. As a result of the subsequent heating, the expanded layers are inflated like an accordion, namely in the direction of the C axis (crystal axis), counter to the von Waals forces. The graphite pretreated in this way is then further treated in the form of a graphite bed or graphite suspension according to the method of claim 1. This pretreatment is particularly advantageous in the case of lower pressure gradients, since the concertina composite obtained promotes splitting of the graphite into individual platelets or lamellae.

Die Erfindung befaßt sich ferner mit einer Vorrichtung zur Behandlung von Graphit, wobei der Graphit in Form einer Graphitschüttung oder einer Graphitsuspension vorliegt. Ein Kerngedanke der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß eine Zuführung von Graphit vorgesehen ist, die mit einer Aufnahme zum Sammeln oder Abführen von Graphit verbunden ist, wobei in der Aufnahme ein im Vergleich zur Zuführung niederer Druck herrscht, derart, daß der Graphit von der Zuführung in die Aufnahme gelangt. Desweiteren ist mindestens eine Beschleunigungseinrichtung vorgesehen, so daß der Graphit von der Zuführung in die Aufnahme unter gleichzeitiger Aufspaltung der Schichtpakete des Graphits beschleunigt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch große Wirtschaftlichkeit und einfache Handhabung aus, da große Mengen an Graphit mit geringen Zeit- und Arbeitsaufwand in der gewünschten parallelen Aufspaltung der Schichtpakete zerkleinert werden können. Insbesondere wird eine schonende Behandlung des Graphits gewährleistet.The invention also relates to a device for treating graphite, the Graphite is in the form of a graphite bed or a graphite suspension. A core idea of The device according to the invention is that a supply of graphite is provided, which with a receptacle for collecting or discharging graphite is connected, wherein in the receptacle compared to the feed there is low pressure, such that the graphite from the feed into the Recording. Furthermore, at least one acceleration device is provided so that the graphite from the feed into the receptacle with simultaneous splitting of the layer packets of the graphite is accelerated. The device according to the invention is characterized by large Economical and easy to use, because large amounts of graphite with little time and Labor costs in the desired parallel splitting of the layer packets are reduced can. In particular, gentle treatment of the graphite is guaranteed.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Zuführung als Rohr ausgebildet, wobei der Graphit vorzugsweise im Durchlauf geführt wird. Alternativ kann die Zuführung als Behälter ausgebildet sein. In entsprechender Weise ist die Aufnahme zum Sammeln oder Abführen von Graphit als Rohr oder alternativ als Behälter, insbesondere als Sammelbehälter ausgebildet. Durch diese konstruktive Maßnahme können große Mengen an Graphit zugeführt und gesammelt oder abgeführt werden.In a preferred embodiment, the feed is designed as a tube, the graphite is preferably performed continuously. Alternatively, the feed can be designed as a container. The receptacle for collecting or discharging graphite as a tube or is correspondingly alternatively designed as a container, in particular as a collecting container. Through this constructive Measure, large amounts of graphite can be added and collected or removed.

Vorteilhafterweise umfaßt die Beschleunigungseinrichtung mindestens eine Düse, insbesondere Venturidüse oder vorzugsweise regelbare Ringspaltdüse oder dergleichen Homogenisierventile. Durch die Verwendung einer Venturidüse oder Ringspaltdüse wirken hohe Kräfte, insbesondere hohe Scherkräfte, auf die Schichtpakete des Graphits ein, die eine parallele Aufspaltung der Schichtpakete des Graphits in einzelne Plättchen bewirken. Eine Zerkleinerung des Graphits senkrecht zu den Schichtpaketen wird dabei weitgehend vermieden.The acceleration device advantageously comprises at least one nozzle, in particular Venturi nozzle or preferably adjustable annular gap nozzle or the like homogenizing valves. By the use of a Venturi nozzle or annular gap nozzle has high forces, in particular high forces Shear forces on the layer packets of graphite, which a parallel splitting of the layer packets the graphite into individual platelets. A crushing of the graphite perpendicular to the Shift packets are largely avoided.

Der durch das Verfahren und/oder die Vorrichtung erhaltene feinteilige Graphit zeichnet sich dadurch aus, daß die mittlere Teilchengröße in einem Bereich von etwa 0,2-90 µm, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,2-45 µm liegt, und daß die spezifische Oberfläche nach BET gleich oder größer ist als 20 m²/g. Die spezifische Oberfläche wird nach der Methode Brunauer, Emmet und Teller (BET) bestimmt, die eine Adsorptionsmethode mit flüssigem Stickstoff betrifft. Durch die große spezifische Oberfläche wird die Affinität des Graphits zu anderen Systemen, wie beispielsweise Bindersystemen, verbessert. Darüber hinaus wird die Verankerung der Graphitteilchen in einer Bindermatrix optimiert. Der Graphit weist zudem ein optimales Verhältnis zwischen Teilchenvolumen und Oberfläche auf, was zur Folge, hat, daß die gewünschte Volumenkonzentration z. B. in Batterien mit geringen Massenkonzentrationen erreicht werden.The fine-particle graphite obtained by the method and / or the device is characterized in that the average particle size is in a range of approximately 0.2-90 μm, preferably in a range of approximately 0.2-45 μm, and that specific surface area according to BET is equal to or greater than 20 m ² / g. The specific surface area is determined using the Brunauer, Emmet and Teller (BET) method, which relates to an adsorption method using liquid nitrogen. The large specific surface area improves the affinity of the graphite for other systems, such as, for example, binder systems. In addition, the anchoring of the graphite particles in a binder matrix is optimized. The graphite also has an optimal ratio between particle volume and surface, which has the consequence that the desired volume concentration z. B. can be achieved in batteries with low mass concentrations.

Vorzugsweise ist der elektrische Widerstand des Graphits gleich oder kleiner als 9 × 10^-5 Ω × m. Der Widerstand des erfindungsgemäßen Graphits ist, überraschend gering, so daß hieraus eine deutlich höhere Leitfähigkeit des Graphits resultiert. Diese hohe Leitfähigkeit ist insbesondere für die Herstellung von Alkali-Mangan-Batterien von großer Bedeutung. Eine Reduzierung des Widerstands, insbesondere des internen Widerstands des MnO2/Graphitgemisches im Batteriekörper, kann darauf zurückgeführt werden, daß aufgrund der hohen Anzahl an singulären Plättchen die Übergangswiderstände bzw. Durchgangswiderstände zwischen den berührenden Plättchen kleiner sind als vergleichsweise bei den herkömmlichen bruchstückartig zerkleinerten Schichtpaketen des Graphits. Außerdem ist der Durchgangswiderstand durch die wenig gestörte Kristallinität des Graphits weiter verringert.The electrical resistance of the graphite is preferably equal to or less than 9 × 10 ^-5 Ω × m. The resistance of the graphite according to the invention is surprisingly low, so that this results in a significantly higher conductivity of the graphite. This high conductivity is particularly important for the manufacture of alkaline-manganese batteries. A reduction in the resistance, in particular the internal resistance of the MnO2 / graphite mixture in the battery body, can be attributed to the fact that, owing to the high number of singular platelets, the contact resistances or volume resistances between the touching platelets are smaller than in the case of the conventional layer packets of graphite which have been comminuted in fragments . In addition, the volume resistance is further reduced due to the less disturbed crystallinity of the graphite.

Aufgrund seiner wesentlich verbesserten Eigenschaften wird der feinteilige Graphit bevorzugt zur Herstellung leitfähiger Systeme wie Kohlebürsten, Lacke oder dergleichen verwendet, wobei dem feinteiligen Graphit Bindemittel zugegeben wird.Due to its significantly improved properties, the fine-particle graphite is preferred for Manufacture of conductive systems such as carbon brushes, paints or the like used, the finely divided graphite binder is added.

Besonders bevorzugt wird der feinteilige Graphit insbesondere aufgrund seiner deutlich höheren Leitfähigkeit and seiner großen spezifischen Oberfläche zur Herstellung von Alkali-Mangan-Batterien verwendet, wobei der feinteilige Graphit als Leitermaterial dem positiven Elektroden-Aktivmaterial zugegeben wird.The finely divided graphite is particularly preferred, in particular because of its significantly higher Conductivity on its large specific surface for the production of alkaline manganese batteries used, the finely divided graphite as the conductor material the positive electrode active material is added.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.The invention is described below, also with regard to further features and advantages, based on the Description of exemplary embodiments and with reference to the accompanying drawings explained in more detail.

Hierbei zeigen:Here show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung von Graphit in Schnittansicht; Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of an inventive device for treating graphite in a sectional view.

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform in Schnittansicht; Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment in a sectional view;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform in Schnittansicht; Fig. 3 is a schematic representation of a third embodiment in a sectional view;

Fig. 4a eine schematische Darstellung eines aus singulären Graphitplättchen bestehenden Schichtpakets; und FIG. 4a is a schematic representation of a group consisting of singular graphite flake layer packet; and

Fig. 4b singuläre Graphitplättchen in schematischer Darstellung. Fig. 4b singular graphite flakes in a schematic representation.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Behandlung von Graphit in schematischer Darstellung gezeigt. Die Vorrichtung umfaßt ein Rohr 3, das mit einem Behälter 6 verbunden ist, wobei das Rohr 3 ein trichterförmig ausgestaltetes Ende aufweist, das in den Behälter 6 mündet. Das Rohr 3 dient zur kontinuierlichen Zuführung von Graphit, wobei der Graphit bei dieser Ausführungsform zweckmäßigerweise in Form einer losen Graphitschüttung 1 vorliegt. Die Graphitschüttung 1 kann aus Naturgraphit oder aus synthetischem Graphit hergestellt werden. Am unteren, dem Behälter 6 zugeordneten Ende des Rohrs 3 ist eine Venturidüse 7 angeordnet, die zur Beschleunigung der Graphitschüttung 1 von dem Rohr 3 in den Behälter 6 dient. Die Venturidüse 7 weist eine Eintrittsöffnung 9 auf, die dem trichterförmigen Ende des Rohrs 3 zugeordnet ist und umfaßt eine Austrittsöffnung 10, die dem Behälter 6 zugeordnet ist. Die Austrittsöffnung 10 ist im wesentlichen zentral im Behälter 6 angeordnet und etwa parallel zur Längsachse A des Behälters 6 ausgerichtet. Zwischen der Eintrittsöffnung 9 und der Austrittsöffnung 10 ist ein Bereich 11 vorgesehen, dessen Querschnittsfläche kleiner als die Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung 9 und der Austrittsöffnung 10. Das Rohr 3 und der Behälter 6 weisen einen unterschiedlichen Druck auf, wobei im Rohr 3 Normaldruck herrscht und der Behälter 6 einen Unterdruck von etwa 10-100 mbar aufweist, der durch eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) erzeugt wird. Durch den an die Graphitschüttung 1 angelegten Druckgradienten wird die Graphitschüttung 1 von dem Rohr 3 in den Behälter 6 "gesaugt" und beim Durchritt durch die Venturidüse 7 zusammen mit der Transportluft oder dem Transportgas, welche die Graphitschüttung 1 umgeben, in den Behälter 6 beschleunigt. Beim Durchtritt der Graphitschüttung 1 durch die Venturidüse 7 sind die Schichtpakete des Graphits Bereichen mit unterschiedlichen Transportluft- oder Transportgasbeschleunigungen und -geschwindigkeiten ausgesetzt. Insbesondere beim Durchtritt durch den Bereich 11 der Venturidüse 7 wird die Graphitschüttung 1 mit einer hohen. Zug, Druck-, Schub- und/oder Scherspannung beaufschlagt, so daß die Schichtpakete 19 des Graphits schonend in einzelne Plättchen 20 aufgespalten bzw. auseinandergerissen werden. Der erhaltene feinteilige Graphit 12 wird im Behälter 6 gesammelt und kann nach Beendigung des Verfahrens entnommen und direkt in anderen Anwendungsbereichen eingesetzt werden.In Fig. 1 a first embodiment of an apparatus for the treatment of graphite is shown in schematic representation. The device comprises a tube 3 which is connected to a container 6 , the tube 3 having a funnel-shaped end which opens into the container 6 . The tube 3 serves for the continuous supply of graphite, the graphite in this embodiment advantageously being in the form of a loose graphite bed 1 . The graphite fill 1 can be made from natural graphite or from synthetic graphite. At the lower end of the tube 3, which is assigned to the container 6 , a Venturi nozzle 7 is arranged, which serves to accelerate the graphite fill 1 from the tube 3 into the container 6 . The Venturi nozzle 7 has an inlet opening 9 which is assigned to the funnel-shaped end of the tube 3 and comprises an outlet opening 10 which is assigned to the container 6 . The outlet opening 10 is arranged essentially centrally in the container 6 and is aligned approximately parallel to the longitudinal axis A of the container 6 . A region 11 is provided between the inlet opening 9 and the outlet opening 10 , the cross-sectional area of which is smaller than the cross-sectional area of the inlet opening 9 and the outlet opening 10 . The tube 3 and the container 6 have a different pressure, wherein there is normal pressure in the tube 3 and the container 6 has a negative pressure of approximately 10-100 mbar, which is generated by a vacuum pump (not shown). Due to the pressure gradient applied to the graphite bed 1 , the graphite bed 1 is "sucked" from the pipe 3 into the container 6 and accelerated into the container 6 when it passes through the Venturi nozzle 7 together with the transport air or the transport gas which surrounds the graphite bed 1 . When the graphite bed 1 passes through the Venturi nozzle 7 , the layer packets of the graphite are exposed to areas with different transport air or gas accelerations and speeds. In particular, when passing through the area 11 of the Venturi nozzle 7 , the graphite fill 1 becomes high. Train, compressive, shear and / or shear stress is applied so that the layer packs 19 of graphite are gently split into individual plates 20 or torn apart. The fine-particle graphite 12 obtained is collected in the container 6 and can be removed after the process has ended and used directly in other areas of application.

Alternativ kann anstelle des Rohrs 3 ein Behälter oder eine Druckkammer vorgesehen sein, die in entsprechender Weise mit dem Behälter 6 über eine Venturidüse verbunden sind. Das Vorsehen eines Behälters oder einer Druckkammer anstelle des Rohrs 3 ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Graphit mit Überdruck in den unter Unterdruck stehenden Behälter 6 gepreßt werden soll. Durch den größeren Druckgradienten "Überdruck-Unterdruck" wird die Beschleunigung des Graphits beim Durchtritt durch die Venturidüse 7 erhöht, wodurch wiederum eine höhere Ausbeute an singulären Graphitplättchen erzielt wird. Der beaufschlagte Überdruck beträgt dabei etwa 50-1000 bar. Alternatively, a container or a pressure chamber can be provided instead of the tube 3 , which are connected in a corresponding manner to the container 6 via a Venturi nozzle. The provision of a container or a pressure chamber instead of the tube 3 is particularly expedient if the graphite is to be pressed into the container 6, which is under vacuum, with overpressure. The larger pressure gradient "positive pressure-negative pressure" increases the acceleration of the graphite as it passes through the Venturi nozzle 7 , which in turn achieves a higher yield of singular graphite flakes. The pressure applied is about 50-1000 bar.

Die Ausbeute an singulären Graphitplättchen kann zusätzlich erhöht werden, indem der Graphit einer chemischen Vorbehandlung unterzogen wird. Bei der chemischen Vorbehandlung wird dem Naturgraphit oder synthetischen Graphit eine Säure, wie beispielsweise H2SO4 und/oder HNO3 zugegeben. Die Säure drin in die Zwischengitterschichten des Graphits ein und bildet dort Graphitsalze. Alternativ kann die Säure elektrochemisch in die Zwischengitterschichten interkaliert werden. Der so behandelte Graphit (Graphitsalzkomplex) wird gewaschen und getrocknet und kann anschließend noch erhitzt werden. Bei der Verwendung von HNO3 beginnt der Graphit ab einer Temperatur von 150°C zu expandieren und zwar in Richtung seiner C-Achse, entgegen der van der Waalschen Kräfte. Bei Verwendung von H2SO4 beginnt die Expansion erst bei höheren Temperaturen und erreicht bei ca. 1000°C den höchsten Expansionsgrad. Nach der Wärmebehandlung und Expansion sind die Gitterschichten ziehharmonikaartig aufgeweitet. Aus dem vorbehandelten Graphit wird eine lose Graphitschüttung 1 hergestellt und gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in den Behälter 6 beschleunigt. Der Ziehharmonikaverbund der Gitterschichten wird dabei durch die Beschleunigung der Graphitschüttung 1 beim Durchtritt durch die Venturidüse 7 auseinandergerissen.The yield of singular graphite flakes can be further increased by subjecting the graphite to a chemical pretreatment. In chemical pretreatment, an acid such as H2SO4 and / or HNO3 is added to natural graphite or synthetic graphite. The acid penetrates into the interstitial layers of the graphite and forms graphite salts there. Alternatively, the acid can be intercalated electrochemically into the interstitial layers. The graphite (graphite salt complex) treated in this way is washed and dried and can then be heated. When HNO3 is used, the graphite begins to expand from a temperature of 150 ° C in the direction of its C axis, contrary to the van der Waal forces. When using H2SO4, the expansion only begins at higher temperatures and reaches the highest degree of expansion at approx. 1000 ° C. After the heat treatment and expansion, the lattice layers are expanded like an accordion. A loose graphite bed 1 is produced from the pretreated graphite and accelerated into the container 6 according to the exemplary embodiment according to FIG. 1. The accordion composite of the lattice layers is torn apart by the acceleration of the graphite bed 1 as it passes through the Venturi nozzle 7 .

Die Venturidüse 7 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 symmetrisch ausgebildet und weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Alternativ sind andere geometrische Ausgestaltungen der Venturidüse 7 denkbar, beispielsweise kann der Querschnitt oval ausgestaltet sein. Wesentlich ist, daß die Venturidüse 7 eine solche Geometrie aufweist, daß eine Transportbeschleunigung der Graphitteilchen ausgelöst wird.The Venturi nozzle 7 is formed symmetrically according to the embodiment of FIG. 1 and has a circular cross section. Alternatively, other geometric configurations of the Venturi nozzle 7 are conceivable, for example the cross section can be oval. It is essential that the Venturi nozzle 7 has such a geometry that a transport acceleration of the graphite particles is triggered.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zur Behandlung von Graphit dargestellt, bei der das Prinzip der Hochdruckentspannung angewendet wird. Der Graphit liegt hierbei zweckmäßigerweise in Form einer Graphitsuspension 2 vor, die newtonsches Fließverhalten aufweist.In FIG. 2, a second embodiment of the apparatus is shown for the treatment of graphite in which the principle of high-pressure flash is used. The graphite is expediently in the form of a graphite suspension 2 which has Newtonian flow behavior.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 weist einen ersten Behälter 4 auf, der mit einem zweiten Behälter 6 verbunden ist. Am unteren, dem zweiten Behälter 6 zugeordneten Ende des ersten Behälters 4 ist eine regelbare Ringspaltdüse 8 zur Beschleunigung der Graphitsuspension 2 in den zweiten Behälter 6 vorgesehen. Der erste Behälter 4 wird mittels einer Druckerhöhungspumpe (nicht gezeigt) mit Überdruck beaufschlagt, der etwa 50-1000 bar beträgt. Im zweiten Behälter 6 herrscht Normaldruck. Die im ersten Behälter 4 befindliche Graphitsuspension 2 wird durch die regelbare Ringspaltdüse 8 gepreßt und in den zweiten Behälter 6 beschleunigt. Beim Durchtritt durch die regelbare Ringspaltdüse 8 wird eine Kavitationszone durchlaufen, in der hohe örtliche Zug-, Druck-, Schub- und/oder Scherspannungen auf die Graphitsuspension 2 einwirken und eine Aufspaltung der Schichtpakete 19 des Graphits in einzelne Plättchen bzw. Lamellen 20 bewirken. Der so erhaltene feinteilige Graphit 12 wird im zweiten Behälter 6 gesammelt. The apparatus of Fig. 2 comprises a first container 4, which is connected to a second container 6. At the lower end of the first container 4 assigned to the second container 6 , an adjustable annular gap nozzle 8 is provided for accelerating the graphite suspension 2 into the second container 6 . The first container 4 is pressurized by means of a pressure booster pump (not shown), which is approximately 50-1000 bar. Normal pressure prevails in the second container 6 . The graphite suspension 2 located in the first container 4 is pressed through the adjustable annular gap nozzle 8 and accelerated into the second container 6 . As it passes through the adjustable annular gap nozzle 8 , a cavitation zone is passed through, in which high local tensile, compressive, shear and / or shear stresses act on the graphite suspension 2 and cause the layer packets 19 of the graphite to split into individual platelets or lamellae 20 . The finely divided graphite 12 thus obtained is collected in the second container 6 .

Zusätzlich kann der zur Herstellung der Graphitsuspension 2 verwendete Graphit vorab einer chemischen Vorbehandlung, wie oben beschrieben, unterzogen werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch bei nicht vorbehandeltem Graphit ein hoher Anteil singulärer Plättchen 20 erhalten wird.In addition, the graphite used to produce the graphite suspension 2 can be subjected to a chemical pretreatment as described above. However, it has been shown that a high proportion of singular platelets 20 is obtained even when graphite is not pretreated.

Alternativ kann der zweite Behälter 6 anstelle von Normaldruck einen Unterdruck aufweisen, der im Bereich von 10-100 mbar liegt. Hierdurch wird der Druckgradient erheblich erhöht und eine stärkere Beschleunigung der suspendierten Graphitteilchen bewirkt, wodurch wiederum eine größere Anzahl an singulären Graphitplättchen 20 erhalten wird.Alternatively, instead of normal pressure, the second container 6 can have a negative pressure which is in the range from 10-100 mbar. As a result, the pressure gradient is considerably increased and the acceleration of the suspended graphite particles is increased, which in turn results in a larger number of singular graphite platelets 20 .

In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung zur Behandlung von Graphit gezeigt, die entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 2 nach dem Prinzip der Hochdruckentspannung arbeitet. Der Graphit liegt zweckmäßigerweise in Form einer Graphitsuspension 2 vor, die newtonsches Fließverhalten aufweist. Die Vorrichtung umfaßt einen ersten Behälter 14, der über ein erstes Rohr 3' mit einer Druckerhöhungspumpe 15 verbunden ist. Das erste Rohr 3' mündet in einen Ansaugbereich 15' der Druckerhöhungspumpe 15 und ist mit einem Rückschlagventil (nicht gezeigt) gesichert. Von dem ersten Behälter 14 wird die Graphitsuspension 2 in Pfeilrichtung durch das erste Rohr 3' in den Ansaugbereich 15' der Druckerhöhungspumpe geführt und mit Überdruck beaufschlagt, der etwa 50-1000 bar beträgt. Die mit Überdruck beaufschlagte Graphitsuspension 2 wird anschließend durch ein zweites Rohr 3 geführt, das an der Druckerhöhungspumpe 15 angeordnet ist und mit einer regelbaren Ringspaltdüse 8 verbunden ist. Die Höhe des Drucks wird über einen am zweiten Rohr 3 angebrachten Druckmesser 16 angezeigt. FIG. 3 shows a third embodiment of the device for treating graphite, which operates according to the embodiment according to FIG. 2 on the principle of high-pressure relaxation. The graphite is expediently in the form of a graphite suspension 2 which has Newtonian flow behavior. The device comprises a first container 14 which is connected via a first pipe 3 'to a booster pump 15 . The first pipe 3 'opens into a suction area 15 ' of the booster pump 15 and is secured with a check valve (not shown). From the first container 14 , the graphite suspension 2 is guided in the direction of the arrow through the first pipe 3 'into the suction area 15 ' of the booster pump and pressurized, which is about 50-1000 bar. The graphite suspension 2 pressurized is then passed through a second pipe 3 which is arranged on the pressure booster pump 15 and is connected to an adjustable annular gap nozzle 8 . The level of the pressure is indicated by a pressure gauge 16 attached to the second pipe 3 .

Die regelbare Ringspaltdüse 8 umfaßt Schikanen 13, die in der Reihe angeordnet sind, und dient zur Beschleunigung der Graphitsuspension 2 in ein drittes Rohr 5, das mit der Ringspaltdüse 8 verbunden ist. Im dritten Rohr 5 herrscht Normaldruck. Die mit Überdruck beaufschlagte und durch das zweite Rohr 3 geführte Graphitsuspension 2 wird durch die regelbare Ringspaltdüse 8 gepreßt und in das dritte Rohr 5 beschleunigt. Die Schichtpakete 19 der suspendierten Graphitpartikel werden durch Einwirkung hoher Zug-, Druck-. Schub- und/oder Scherspannungen in einzelne Plättchen 20 aufgespalten und über das dritte Rohr 5 in eine Kühlschlange 17 geleitet. Die Kühlschlange dient zur Abführung der Wärmeenergie der zerkleinerten suspendierten. Graphitpartikel, welche bei der Beschleunigung entsteht. Der abgekühlte suspendierte feinteilige Graphit 12 wird einem zweiten Behälter 18 zugeführt und dort gesammelt.The adjustable annular gap nozzle 8 comprises baffles 13 which are arranged in a row and serves to accelerate the graphite suspension 2 in a third tube 5 which is connected to the annular gap nozzle 8 . Normal pressure prevails in the third tube 5 . The graphite suspension 2 , which is pressurized and passed through the second tube 3 , is pressed through the adjustable annular gap nozzle 8 and accelerated into the third tube 5 . The layer packets 19 of the suspended graphite particles are exposed to high tensile, compressive. Shear and / or shear stresses split into individual plates 20 and passed via the third tube 5 into a cooling coil 17 . The cooling coil serves to dissipate the thermal energy of the crushed suspended. Graphite particles that are created during acceleration. The cooled suspended fine-particle graphite 12 is fed to a second container 18 and collected there.

Bei dieser Ausführungsform kann die Graphitsuspension 2 im kontinuierlichen Durchlauf durch die Rohre 3', 3 und 5 geführt werden, da die Druckerhöhungspumpe 15 selbstansaugend wirkt und die Behälter 14 und 18 sich jeweils auf Normaldruckniveau befinden. Die Graphitsuspension 2 kann somit kontinuierlich dem ersten Behälter 14 zugegeben werden und die gewonnenen zerkleinerten Graphitpartikel können durchgehend gesammelt und entnommen werden. In this embodiment, the graphite suspension 2 can be passed continuously through the pipes 3 ', 3 and 5 , since the booster pump 15 is self-priming and the containers 14 and 18 are each at normal pressure level. The graphite suspension 2 can thus be continuously added to the first container 14 and the crushed graphite particles obtained can be continuously collected and removed.

Zusätzlich kann der zur Herstellung der Graphitsuspension 2 verwendete Graphit vorab einer chemischen Vorbehandlung, wie oben beschrieben, unterzogen werden.In addition, the graphite used to produce the graphite suspension 2 can be subjected to a chemical pretreatment as described above.

Die Rohre 3 gemäß der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 und 3 sowie der Behälter 4 gemäß des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 definieren einen ersten Bereich mit einem vorbestimmten Druck. In entsprechender Weise definieren die Behälter 6 gemäß der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 und 2 sowie das Rohr 5 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 einen zweiten Bereich, der einen im Vergleich zum ersten Bereich niederen Druck aufweist.The tubes 3 according to the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 3 and the container 4 according to the exemplary embodiment according to FIG. 2 define a first region with a predetermined pressure. Correspondingly, the containers 6 according to the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2 and the tube 5 according to the exemplary embodiment according to FIG. 3 define a second region which has a lower pressure than the first region.

Die Graphitschüttung 1 und die Graphitsuspension 2 umfassen jeweils ein Trägermedium, wobei das Trägermedium der Graphitschüttung 1 aus Luft oder einem sonstigen Gas und das Trägermedium der Graphitsuspension 2 aus Wasser oder einer beliebigen anderen Flüssigkeit bestehen kann.The graphite bed 1 and the graphite suspension 2 each comprise a carrier medium, wherein the carrier medium of the graphite bed 1 can consist of air or another gas and the carrier medium of the graphite suspension 2 can consist of water or any other liquid.

An die Graphitschüttung 1 oder Graphitsuspension 2 wird aufgrund des Druckunterschiedes zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ein Druckgradient angelegt, so daß die Graphitschüttung oder Graphitsuspension mitsamt dem Trägermedium in den zweiten Bereich gelangt, wobei das Trägermedium in den zweiten Bereich entspannt.A pressure gradient is applied to the graphite bed 1 or graphite suspension 2 due to the pressure difference between the first area and the second area, so that the graphite bed or graphite suspension together with the carrier medium reaches the second area, the carrier medium relaxing in the second area.

Die Graphitschüttung 1 oder Graphitsuspension 2 werden beim Übergang von dem ersten Bereich in den zweiten Bereich mittels einer Venturidüse 7 oder einer Ringspaltdüse 8 zusätzlich beschleunigt. Während der Beschleunigung wird die Graphitschüttung 1 oder Graphitsuspension 2 mit einer Zug-, Druck-, Schub- und/oder Scherspannung beaufschlagt, so daß die Schichtpakete 19 des Graphits in einzelne Plättchen 20 aufgespalten werden.The graphite bed 1 or graphite suspension 2 are additionally accelerated during the transition from the first region to the second region by means of a Venturi nozzle 7 or an annular gap nozzle 8 . During acceleration, the graphite bed 1 or graphite suspension 2 is subjected to a tensile, compressive, shear and / or shear stress, so that the layer packets 19 of the graphite are split into individual platelets 20 .

Zur Durchführung des Verfahrens können beliebige Ausgestaltungen, insbesondere Kombinationen der Vorrichtungen gemäß den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 verwendet werden. Wesentlich. ist, daß die Graphitschüttung oder Graphitsuspension beim Übergang von dem ersten Bereich höheren Drucks in den zweiten Bereich niederen Drucks ausreichend stark beschleunigt wird.Any embodiments, in particular combinations of the devices according to the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 3, can be used to carry out the method. Essential. is that the graphite bed or graphite suspension is accelerated sufficiently strongly in the transition from the first region of higher pressure to the second region of low pressure.

Nachstehend werden drei Beispiele zur Verdeutlichung des Verfahrens näher erläutert:Three examples to illustrate the process are explained in more detail below:

example 1

In einem ersten Beispiel wird kristalliner Naturgraphit mit einem Kohlenstoffgehalt von 99,9% und einer mittleren Teilchengröße von 44 µm mit H2SO4 behandelt, gewaschen, getrocknet und anschließend bei 400°C gebläht bzw. expandiert. Der expandierte Graphit wird in einer Flüssigkeit, insbesondere in Wasser, suspendiert. Die Viskosität der Graphitsuspension 2 ist zweckmäßigerweise kleiner als 2000 mPa.s. Die Graphitsuspension 2 wird durch eine Vorrichtung gemäß den Fig. 2 oder 3 geleitet, wobei die Schichtpakete 19 des Graphits in einzelne Plättchen bzw. Lamellen 20 aufgespalten werden. Durch die Aufspaltung der Schichtpakete steigt die Viskosität an. Je nach Anwendungszweck kann nun direkt die aus feinteiligen Graphitpartikeln 12 bestehende Graphitsuspension 2 verwendet werden oder nach Entfernung des Suspensionsmediums der Pulvergraphit. Sofern als Suspensionsmedium Wasser verwendet wird, braucht die erhaltene feinteilige Graphitsuspension nur noch getrocknet werden. Dem Pulvergraphit können gegebenenfalls Additive, d. h. Netz- und/oder Dispergiermittel beigemischt werden.In a first example, crystalline natural graphite with a carbon content of 99.9% and an average particle size of 44 μm is treated with H2SO4, washed, dried and then expanded or expanded at 400 ° C. The expanded graphite is suspended in a liquid, especially in water. The viscosity of the graphite suspension 2 is advantageously less than 2000 mPa.s. The graphite suspension 2 is passed through a device according to FIGS. 2 or 3, the layer packs 19 of the graphite being split into individual platelets or lamellae 20 . The viscosity increases due to the splitting of the layer packets. Depending on the application, the graphite suspension 2 consisting of finely divided graphite particles 12 can now be used directly or the powder graphite after removal of the suspension medium. If water is used as the suspension medium, the fine-particle graphite suspension obtained only needs to be dried. Additives, ie wetting and / or dispersing agents, can optionally be added to the powder graphite.

Example 2

In einem zweiten Beispiel wird kristalliner Naturgraphit mit einem Kohlenstoffgehalt von 99,9% und einer mittleren Teilchengröße von 44 µm mit. H2SO4 oder HNO3 behandelt, gewaschen und getrocknet. Der vorbehandelte Graphit wird in einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, suspendiert. Anschließend wird dic Graphitsuspension 2 gemäß dem Beispiel 1 weiterbearbeitet. Im Unterschied zu Beispiel 1 wird in Beispiel 2 der vorbehandelte Graphit nicht erhitzt.In a second example, crystalline natural graphite with a carbon content of 99.9% and an average particle size of 44 µm is used. Treated H2SO4 or HNO3, washed and dried. The pretreated graphite is suspended in a liquid, for example water. The graphite suspension 2 is then processed further in accordance with Example 1. In contrast to Example 1, the pretreated graphite is not heated in Example 2.

Example 3

In einem dritten Beispiel wird kristalliner Naturgraphit mit einem Kohlenstoffgehalt von 99,9% und einer mittleren Teilchengröße von 25 µm in Wasser suspendiert und durch eine Vorrichtung nach den Fig. 2 oder 3 geleitet. Der Überdruck beträgt 800 bar. Die erhaltenen suspendierten und zerkleinerten Graphitpartikel werden entsprechend Beispiel 1 weiterbehandelt. Im Unterschied zu den Beispielen 1 und 2 wird der kristalline Naturgraphit gemäß Beispiel 3 keiner Vorbehandlung unterzogen.In a third example, crystalline natural graphite with a carbon content of 99.9% and an average particle size of 25 μm is suspended in water and passed through a device according to FIGS. 2 or 3. The overpressure is 800 bar. The resulting suspended and comminuted graphite particles are further treated in accordance with Example 1. In contrast to Examples 1 and 2, the crystalline natural graphite according to Example 3 is not subjected to any pretreatment.

In Fig. 4a ist ein Schichtpaket 19 des Graphits schematisch dargestellt. Das Schichtpaket 19 umfaßt eine Vielzahl von aufeinandergestapelten Graphitplättchen 20, die durch van der Waalsche Kräfte zusammengehalten werden. Nach der Durchführung des Verfahrens werden die Schichtpakete 19 des Graphits in singuläre Plättchen zerkleinert bzw. aufgespalten (wie in Fig. 4b dargestellt ist), und zwar im wesentlichen in paralleler Richtung bzw. senkrecht zur C-Achse. (Kristallachse). Der erhaltene feinteilige Graphit 12 weist einen hohen Anteil an singulären Plättchen 20 auf. Die mittlere Teilchengröße des feinteiligen Graphits 12 liegt in einem Bereich von etwa 0,2-90 µm und beträgt zweckmäßigerweise etwa 0,2-45 µm. Die spezifische Oberfläche des feinteiligen Graphits nach BET ist gleich oder größer als 20 m²/g. Zugleich weist der feinteilige Graphit 12 einen sehr kleinen Widerstand auf, der gleich oder kleiner ist als 9,0 × 10^-5 Ω × m. Der Widerstand wird an einem Probekörper gemessen, der im Strangpreßverfahren bei einem Preßdruck von etwa 5 × 10⁷ Pa hergestellt ist. Der Widerstand des Probekörpers wird dabei in Preßrichtung gemessen.A layer package 19 of the graphite is shown schematically in FIG. 4a. The layer package 19 comprises a multiplicity of stacked graphite plates 20 which are held together by van der Waal forces. After the method has been carried out, the layer packets 19 of graphite are comminuted or split into singular platelets (as shown in FIG. 4b), essentially in a parallel direction or perpendicular to the C axis. (Crystal axis). The fine-particle graphite 12 obtained has a high proportion of singular platelets 20 . The average particle size of the finely divided graphite 12 is in a range of approximately 0.2-90 μm and is advantageously approximately 0.2-45 μm. The specific surface area of the fine-particle graphite according to BET is equal to or greater than 20 m ² / g. At the same time, the fine-particle graphite 12 has a very low resistance, which is equal to or less than 9.0 × 10 ^-5 Ω × m. The resistance is measured on a test specimen which is produced by the extrusion process at a pressure of approximately 5 × 10 ⁷ Pa. The resistance of the test specimen is measured in the pressing direction.

Der feinteilige Graphit weist zum einen ein optimales Verhältnis zwischen Teilchenvolumen und Oberfläche und eine deutlich höhere Leitfähigkeit auf. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich der Graphit insbesondere für die Herstellung von Alkali-Mangan-Batterien, wobei die gewünschte Volumenkonzentration mit geringen Massenkonzentrationen mit einer zugleich höheren Leitfähigkeit des Graphits erreicht werden kann. Der feinteilige Graphit 12 wird bei einer Verwendung zur Herstellung von Alkali-Mangan-Batterien als Leitermaterial dem positiven Elektrodenmaterial zugegeben. The finely divided graphite has an optimal ratio between particle volume and surface and a significantly higher conductivity. Because of these properties, graphite is particularly suitable for the production of alkaline-manganese batteries, the desired volume concentration being able to be achieved with low mass concentrations and at the same time with a higher conductivity of the graphite. The finely divided graphite 12 is added to the positive electrode material when used to produce alkali-manganese batteries as the conductor material.

Zusätzlich oder alternativ kann der feinteilige Graphit 12 zur Herstellung leitfähiger Systeme wie Kohlebürsten, Elektrokohlen, Lacke und dergleichen verwendet werden, wobei dem feinteiligen Graphit 12 ein Bindemittel zugegeben wird. Insbesondere durch die große spezifische Oberfläche des feinteiligen Graphits wird dessen Affinität zu anderen Systemen wie beispielsweise Bindersystemen verbessert und die Verankerung der Graphitteilchen in der Bindermatrix optimiert.Additionally or alternatively, the finely divided graphite 12 can be used for the production of conductive systems such as carbon brushes, electric carbons, lacquers and the like, a binder being added to the finely divided graphite 12 . In particular, the large specific surface area of the fine-particle graphite improves its affinity for other systems such as, for example, binder systems and optimizes the anchoring of the graphite particles in the binder matrix.

Insgesamt zeichnet sich das Verfahren und die Vorrichtung zur Behandlung von Graphit durch eine einfache Handhabung und eine große Wirtschaftlichkeit aus. Der erhaltene feinteilige Graphit weist einen hohen Anteil an singulären Plättchen auf. Der feinteilige Graphit besitzt insbesondere eine große spezifische Oberfläche und einen geringen elektrischen Widerstand, wodurch er in zahlreichen Einsatzgebieten optimal verwendet werden kann. Overall, the method and the device for treating graphite are characterized by a easy handling and great economy. The fine-particle graphite obtained has a high proportion of singular platelets. The fine-particle graphite is particularly large specific surface area and low electrical resistance, making it available in numerous Areas of application can be used optimally.

Reference list

11

Graphitschüttung
Graphite fill

22nd

Graphitsuspension
Graphite suspension

33rd

, ,

33rd

' Rohr
' Pipe

44th

Behälter
container

55

Rohr
pipe

66

Behälter
container

77

Venturidüse
Venturi nozzle

88th

Ringspaltdüse
Annular gap nozzle

99

Eintrittsöffnung (Venturidüse)
Inlet opening (Venturi nozzle)

1010th

Austrittsöffnung (Venturidüse)
Outlet opening (Venturi nozzle)

1111

Bereich (Venturidüse)
Area (Venturi nozzle)

1212th

Feinteiliger Graphit
Fine graphite

1313

Schikane
chicane

1414

Behälter
container

1515

Druckerhöhungspumpe
Booster pump

1515

' Ansaugbereich (Druckerhöhungspumpe)
'' Suction area (booster pump)

1616

Druckmesser
Pressure gauge

1717th

Kühlschlange
Cooling coil

1818th

Behälter
container

1919th

Schichtpaket
Shift package

2020th

Plättchen bzw. Lamellen
A Längsachse (Behälter)
Plates or lamellas
A longitudinal axis (container)

Claims

1. Process for the treatment of graphite, characterized by the following steps:

- producing a graphite fill ( 1 ) or a graphite suspension ( 2 ),
- Applying a pressure gradient to the graphite fill ( 1 ) or graphite suspension ( 2 ) such that the graphite fill ( 1 ) or graphite suspension ( 2 ) passes from a first area with a predetermined pressure into a second area, the second area having a pressure which is lower compared to the pressure of the first area, and
- Accelerating the bed of graphite ( 1 ) or graphite suspension ( 2 ) during the transition from the first area to the second area.

2. The method according to claim 1, characterized, that the first area optionally has normal pressure or positive pressure, the positive pressure is about 50-1000 bar, and that the second range either normal pressure or negative pressure has, the negative pressure is about 10-100 mbar.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the graphite bed ( 1 ) or graphite suspension ( 2 ) is subjected to a tensile, compressive, shear and / or shear stress during the acceleration.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the graphite bed ( 1 ) or graphite suspension ( 2 ) made of natural graphite or synthetic graphite, preferably made of pretreated natural graphite or pretreated synthetic graphite.

5. The method according to claim 4, characterized in that the natural graphite or the synthetic graphite is pretreated by the following steps:

Adding an acid, for example H2SO4 and / or HNO3, to the graphite, or electrochemical intercalation by the acid into the interlattice layers of the graphite and
- washing the acidic graphite with an aqueous solution and drying the graphite.

6. The method according to claim 5, characterized, that the graphite in a further process step to a temperature of about 150-1000 ° C is heated.

7. A device for the treatment of graphite, the graphite being in the form of a graphite bed ( 1 ) or a graphite suspension ( 2 ), characterized in that a feed ( 3 , 4 ) of graphite is provided which is provided with a receptacle ( 5 , 6 ) is connected for collecting or discharging graphite, the pressure ( 3 , 4 ) in the receptacle ( 5 , 6 ) being low, such that the graphite passes from the feed ( 3 , 4 ) into the receptacle ( 5 , 6 ), and that at least one acceleration device ( 7 , 8 ) is provided, so that the graphite accelerates from the feeder ( 3 , 4 ) into the receptacle ( 5 , 6 ) with simultaneous splitting of the layer packets ( 19 ) of the graphite becomes.

8. The device according to claim 7, characterized in that the feed ( 3 , 4 ) is designed as a tube ( 3 ), the graphite is preferably guided in a pass, or that the feed ( 3 , 4 ) alternatively as a container ( 4 ) is trained.

9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the receptacle ( 5 , 6 ) for collecting or discharging graphite is designed as a tube ( 5 ) or alternatively as a container ( 6 ), in particular as a collecting container.

10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the accelerating device ( 7 , 8 ) comprises at least one nozzle, in particular a Venturi nozzle ( 7 ) or preferably an adjustable annular gap nozzle ( 8 ) or the like homogenizing valves.

11. Fine graphite, characterized in that the average particle size is in a range of about 0.2-90 microns, preferably in a range of about 0.2-45 microns, and that the BET specific surface area is equal to or greater than 20 m ² / g.

12. Fine-particle graphite, in particular according to claim 10, characterized in that the electrical resistance is equal to or less than 9 × 10 ^-5 Ω × m.

13. Use of the fine-particle graphite according to claim 11 or 12 for the production of conductive systems such as carbon brushes, lacquers or the like, the fine-particle graphite ( 12 ) binder being added.

14. Use of the finely divided graphite according to claim 11 or 12 for the production of alkali manganese batteries, the finely divided graphite ( 12 ) being added as the conductor material to the positive electrode active material.