Articles techniques et publications

Notre expert, Dr Joseph E. Doninger, MSc, BSc, est le directeur de la fabrication et de la technologie chez Focus Graphite. Le Dr Doninger est un expert de renommée internationale en traitement du graphite, inventeur de six brevets et auteur de plus de 29 articles et présentations techniques portant sur le traitement du graphite et des minéraux ainsi que sur l’utilisation du graphite dans les systèmes de stockage d’énergie.

Depuis son arrivée chez Focus Graphite en 2012, le travail du Dr Doninger est devenu un élément clé du programme de recherche et développement de l’entreprise. Ses recherches visent à optimiser l’adéquation du graphite en paillettes de haute qualité provenant des propriétés de Focus pour diverses applications dans les batteries et les systèmes de stockage d’énergie.

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Traitement et performance du graphite naturel en paillettes cristallines de Lac Knife, Québec, Canada

Conférence de l’ICM 2023 – Montréal (Québec) – 3 mai 2023

Cette présentation couvre les résultats des essais de flottation réalisés en 2014 à l’usine pilote de Lac Knife, qui ont produit du graphite en paillettes de haute pureté avec une teneur en carbone graphitique atteignant 98,3 %. Elle souligne également que des étapes supplémentaires de purification électrothermique effectuées sur le concentré de graphite de Lac Knife ont permis de récupérer une portion du concentré avec une teneur en carbone graphitique supérieure à 99,98 %, le rendant ainsi adapté à des applications de haute performance, potentiellement au-delà de son usage initialement prévu comme graphite de qualité batterie.

Le graphite purifié de Lac Knife a démontré une conductivité électrique accrue, une capacité du premier cycle améliorée et une réduction de la perte de capacité irréversible par rapport au graphite naturel en paillettes classique et au graphite synthétique.

Performance électrochimique du graphite naturel en paillettes de Lac Knife enrichi au silicium dans les batteries lithium-ion

Séminaire du Military Power Sources Consortium sur les anodes au silicium – Aberdeen Proving Ground, MD – 7-8 mars 2023

Le procédé développé pour la production du graphite sphéroïdisé (SPG) enrobé de carbone enrichi au silicium consiste à ajouter le silicium au graphite en paillettes purifié de Lac Knife dans une atmosphère sans oxygène avant la sphéroïdisation et avant l’enrobage du SPG avec du carbone. Trois qualités de SPG enrobé de carbone ont été développées pour les anodes de batteries lithium-ion, allant de la qualité standard (D50 = 23,9 μm) à la qualité fine (D50 = 17,4 μm) et ultra-fine (D50 = 11,9 μm).

Les premiers essais de cyclage à long terme ont démontré que les piles bouton fabriquées avec du graphite en paillettes de Lac Knife de haute pureté et de qualité fine présentaient pratiquement aucune perte de capacité après les 110 premiers cycles, comparativement à deux qualités commerciales de graphite naturel en paillettes testées, qui affichaient des pertes de capacité de 4 % et 6 % respectivement.

Une demande de brevet PCT relative au procédé de production du graphite sphéroïdisé enrichi au silicium et enrobé de carbone est actuellement en cours d’examen par l’Office des brevets.

Caractéristiques de cyclage du graphite naturel en paillettes de Lac Knife, enrichi au silicium et au bore, du Québec, Canada, dans les batteries lithium-ion

36e Séminaire international sur les batteries – Fort Lauderdale (Floride) – 26 mars 2019

La première partie de cette présentation traite du développement des différentes qualités de graphite de Lac Knife, incluant les graphites issus de flottation, purifiés et sphéroïdisés, et examine les résultats des essais sur piles bouton, lesquels ont démontré que le graphite de Lac Knife surpassait le graphite synthétique sur une large gamme de cycles dans les formulations de batteries lithium-ion.

Des données supplémentaires sur piles bouton montrent que les formulations de batteries lithium-ion utilisant du graphite de Lac Knife enrichi au silicium présentent une performance de cyclage hautement stable.

Les premiers travaux effectués sur le traitement du graphite de Lac Knife avec du bore sont très prometteurs et révèlent un excellent potentiel pour l’utilisation du graphite boraté dans des applications à haut débit.

Performance électrochimique du graphite naturel en paillettes de Lac Knife, enrichi au silicium, du Québec, Canada, dans les batteries lithium-ion

35e Séminaire international sur les batteries – Fort Lauderdale (Floride) – 26 mars 2018

Cette présentation comprend des essais sur piles bouton réalisés sur du graphite sphéroïdisé enrobé de carbone de Lac Knife, traité avec du silicium amorphe à des niveaux variant de 4,5 % à 18 % en poids de Si. Les résultats ont démontré que les capacités réversibles obtenues dans l’anode avec le graphite enrichi au silicium variaient de 462 à 613 mAh/g, dépassant largement la limite théorique du graphite, fixée à 372 mAh/g.

Performance électrochimique du graphite de Lac Knife et premiers résultats sur le graphite enrichi au silicium pour les batteries lithium-ion

Symposium et exposition sur les véhicules électriques (EVS 30), Stuttgart, Allemagne – 9 octobre 2017

Cet article technique, publié dans les actes du EVS 30, résume les performances électrochimiques précédemment obtenues avec le graphite naturel en paillettes cristallines de Lac Knife, ainsi que les premiers résultats des tests sur le graphite de Lac Knife enrichi au silicium dans des piles bouton lithium-ion.

Les données montrent que, avec un taux d’ajout de 4,5 % de silicium, l’application d’un enrobage de carbone sur le graphite sphéroïdisé de Lac Knife a permis d’augmenter la capacité réversible à 460 Ah/kg (voir Figure 12), soit 24 % de plus que la capacité théorique de 372 Ah/kg pour le graphite seul, contre 392 Ah/kg pour la version non enrobée (voir Figure 11).

Bien que les essais sur piles bouton au niveau d’ajout de 18 % de silicium aient seulement été effectués sur la version non enrobée du graphite sphéroïdisé, la capacité réversible a atteint 612 Ah/kg (voir Figure 13), soit près du double de la capacité obtenue avec les qualités commerciales de graphites synthétiques et naturels en paillettes. Comme déjà mentionné, l’application d’un enrobage de carbone sur cette qualité enrichie au silicium à 18 % devrait encore accroître la capacité réversible du graphite de Lac Knife.

Progrès dans la performance du graphite naturel en paillettes et du graphite expansé de Lac Knife dans les sources d’énergie électrochimique

34e Séminaire international sur les batteries – Fort Lauderdale (Floride) – 20 mars 2017

Cette présentation introduit le développement d’une nouvelle qualité de graphite en paillettes sphéroïdisé et enrobé, de type Superfine, destinée aux applications haute puissance, ayant un d50 de 11,9 microns comparativement aux d50 de 17,4 et 23,9 microns pour les qualités Fine et Standard (voir Figure 2 et Tableau 1).

Elle met également en évidence la performance de cyclage à long terme prolongée du graphite de Lac Knife, où les piles bouton fabriquées avec le graphite en paillettes de Lac Knife ont duré environ 560 cycles avec seulement 4,5 % de perte de capacité avant la fin du test, comparativement à deux qualités commerciales de graphite en paillettes, qui ont enregistré des pertes de capacité de 10,5 % et 11,7 % et dont la durée de vie a été plus courte (voir Figure 4).

Des données supplémentaires sur l’amélioration de la conductivité de deux nouvelles qualités de graphite expansé (d50 de 21 et 3,5 microns) sont également présentées, comparées à la performance de graphites synthétiques et de paillettes expansées commerciales dans des batteries lithium-ion (voir Figure 5) et alcalines (voir Figure 7).

Performance électrochimique du graphite en paillettes de haute pureté de Lac Knife dans l’anode et la cathode des batteries lithium-ion

16e Conférence annuelle sur les batteries automobiles avancées – Detroit (Michigan) – 14 juin 2016

Cette présentation comprend des données sur piles bouton comparant la performance du graphite en paillettes de Lac Knife à celle du graphite synthétique à différents taux de charge, et montre (voir Figure 8) qu’à un taux de charge C/2, la capacité des batteries fabriquées avec le graphite de Lac Knife (252 Ah/kg) était encore 24 % supérieure à celle obtenue avec le graphite synthétique (204 Ah/kg) au même taux de charge.

Elle met également en évidence l’importance d’utiliser un graphite de haute pureté pour améliorer la performance de cyclage à long terme des batteries lithium-ion (voir Figure 13).

Performance de cyclage à long terme et caractéristiques d’amélioration de la conductivité du graphite en paillettes de Lac Knife, Québec, Canada

33e Séminaire international sur les batteries – Fort Lauderdale (Floride) – 21 mars 2016

Cette présentation démontre que la capacité réversible des batteries lithium-ion fabriquées avec le graphite naturel en paillettes de Lac Knife est 6 % supérieure à celle obtenue avec le graphite synthétique commercial (voir Tableau 1).

Les premiers essais de cyclage à long terme montrent également que le graphite de Lac Knife n’a pratiquement subi aucune perte de capacité après 110 cycles, alors que les deux qualités commerciales de graphite naturel en paillettes testées ont présenté des pertes de capacité de 4 à 6 % (voir Figure 7).

La présentation décrit également le procédé utilisé pour produire du graphite expansé à partir du graphite de Lac Knife, permettant la fabrication d’un graphite conducteur haute performance, 5 à 6 fois plus conducteur que le graphite en paillettes standard et le graphite synthétique dans la cathode des batteries lithium-ion avec un taux d’ajout de 2 % (voir Figure 10).

Performance électrochimique du graphite de haute pureté provenant du gisement de graphite de Lac Knife, Québec, Canada

32e Séminaire international sur les batteries – Fort Lauderdale (Floride) – 10 mars 2015

La première partie de cette présentation retrace l’historique du développement du gisement de graphite de Lac Knife, notre programme d’exploration et de forage, ainsi que notre vaste programme d’essais en usine pilote de flottation ayant permis d’obtenir un concentré de graphite en paillettes à 98,3 % de carbone à partir du minerai de Lac Knife (voir diapositive 19).

La deuxième partie de la présentation montre comment le graphite de Lac Knife a été purifié, sphéroïdisé, enrobé de carbone et classifié pour produire nos qualités Standard et Fine de graphite de qualité batterie pour lithium-ion. Ce matériau a ensuite été testé dans des piles bouton pour obtenir des données de performance (voir diapositive 25), lesquelles démontrent que le graphite de qualité batterie de Lac Knife a atteint des capacités réversibles proches du théorique à 365 Ah/kg, avec des pertes de capacité irréversible de 1,0 % et 1,4 %.