烧蚀退浆工艺对碳纤维电极性能的影响

摘要

碳纤维在特定领域加工应用前需要进行退浆处理。因此探讨一种高效快捷的退浆处理方法,即系统探讨高温烧蚀工艺条件对碳纤维强度及电化学性能的影响规律,对于提高碳纤维电极在储能材料领域的应用效率具有积极意义。本研究采用管式炉对碳纤维在不同的温度、时间以及气氛等条件下进行烧蚀退浆处理,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、拉曼光谱观察对比处理前后碳纤维表面微观结构的变化,同时采用单丝强力仪和电化学工作站对不同工艺处理前后碳纤维的力学性能及电极储能性能做了对比测试。结果表明,选择合适的温度、时长及灼烧气氛,可以有效去除碳纤维表面的浆料,在保持纤维良好机械力学性能的同时,明显提高碳纤维电极的电化学储能性能,经优选的工艺及性能为:空气氛围,550℃烧蚀处理15 min的碳纤维电极的比电容值可达23.9 F/g,比未退浆的碳纤维原样增加21倍;由于浆料退除,该样品的强度比原样降低2%,拉伸强度为3418.1 MPa,模量为220.5 GPa;继续提高烧蚀温度或延长烧蚀时间,不仅造成纤维强度明显下降,且使纤维电化学性能也有回落趋势。