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超声波清洗技术在锌银电池极片清洗中的应用

2021-07-14 15:21
锌银电池工作电压平稳,具有较好的功率输出性能,目前仍是国内长征系列运载火箭和大部分现役中远程导弹武器型号的主要电源。长期以来,国内锌银电池生产工艺成熟并且固化,生产过程以手工操作为主。其中,锌银电池化成后的清洗工序,一直采用流动纯水浸泡的方式清洗极片,以便去除极片内残留的KOH化成液,采用pH试纸测试极片表面水溶液的颜色作为极片清洗干净的主要判据。上述工艺方法存在人工清洗效率低下、水资源耗费严重、pH试纸辨色判定人为因素影响较大等问题,清洗不彻底,残留的KOH将会影响电池的放电性能和使用性能,尤其是经过长期干态贮存之后电性能衰减更为严重。基于上述问题,可利用全自动超声波清洗机提升极片清洗效率,并引入电导率测试,制定可量化判定标准,改善极片清洗环节对锌银电池性能的影响,也可为后续自动化生产清洗设备提供技术支撑。
 
超声波清洗被国际公认为当前效率最高,效果最好的清洗方式,其清洗效率达到了98%以上,清洗洁净度也达到了最高级别。主要优点为:清洗速度快,清洗效果好,清洁度高,工作清洁度一致,对工作表面无损伤;可对深孔、细缝和工作隐蔽处清洗,清洗精度高。广泛应用于各种复杂结构零件的清洗。
 
超声波清洗作用包括超声波本身具有的能量作用,真空洞穴破坏时产生的能量作用以及超声波对清洗液的搅拌流动作用这三种作用,分别称为加速度作用、空化作用和直进流作用。当使用超声波频率28~100kHz范围内时,超声波的三种作用都存在。当频率比较低的时候,其作用的是空化作用,当频率特别高的时候,起主要作用的是加速度作用与直进流作用。
 
锌银电池极片经过化成工序后,KOH化成液已经充分浸润,OH-存在于正负极片的孔隙中,要快速彻底地将极片孔隙中的OH-清洗干净存在一定难度,传统工艺利用长时间的纯水浸泡使孔隙中的OH-自然扩散、分散至纯水中,清洗时间长,清洗效果受众多因素影响,也很难达到最佳,并且清洗一致性较差。理论分析超声波清洗对清除电池极片内部孔隙中的OH-的作用有两方面:一是超声波清洗的空化效应产生的微气泡直径一般为10-6~10-5mm,可在极片孔隙的液体中直接产生并形成冲击,加速OH-外渗。另一方面是超声波的加速度和直进流作用极大地加速了极片的周围液体扰动,加速离子的扩散效应,从而加速清洗过程,提高清洗的效果.
 
超声波清洗工艺技术应用于锌银电池极片清洗过程可更高效地将极片孔隙残留的碱液清除,有利于电池长期贮存,在设定的合理清洗参数下,超声清洗过程对极片强度无影响,电池性能满足使用要求,并且超声波清洗工艺技术更利于锌银电池干态贮存性能的提升。利用该工艺技术研制的自动化清洗设备不仅提高了极片清洗过程的效率、节约了清洗资源,且建立了清洗过程数据实时监控和清洗结果量化判定,提高了极片批产生产的一致性。