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超声波清洗在锂电池转接头上的应用

2021-07-28 16:27
锂离子电池出厂前,要进行内部电能激活,采用专用的化成设备对单个电池反复充放电。目前多数化成设备的充放电方式是:化成设备的输出端压在电池极柱上,形成电流回路,完成电池的充放电。电池极柱结构不同,有螺纹型和平面型,螺纹型的电池极柱面积小于充放电设备的输出端,充放电设备的输出端无法完全接触到电池极柱,需要引入转接头作为中介,扩充电池极柱面积,保证充放电设备和电池接触良好。由于使用频率高、频繁接触指纹,使用环境中接触电解液,因此转接头极易被污染,需要频繁清洗。常规的水浸泡无法溶解转接头表面的电解液和油渍,超声波作为近几年的一个新兴技术,在工业清洗中的应用日趋成熟,采用超声波清洗转接头能够有效、高速地去除转接头表面的污渍。
 
1、超声波清洗的原理
超声波是一种频率超出人类听觉范围20kHz以上的声波,超声波清洗原理是由超声波发生器发出高频振荡信号,通过换能器转换成机械振荡传播到介质,使清洗液随超声波频率一起振动,振动过程中产生数以万计的50~500μm的微小气泡。这些气泡在超声波纵向传输的负压区形成、生长,而在正压区,当声压达到一定值时,气泡迅速增大,然后突然闭合。并在闭合时产生冲击波,在其周围产生上千个大气压,破坏不溶性污物而使他们分散于清洗液中,当固体粒子被油污裹着黏附在清洗件表面时,油被乳化,固体粒子脱落,从而达到清洗件净化的目的。
 
2、超声波的参数选择
转接头材质是导电性良好的黄铜,由于黄铜易氧化,因此在表面镀了一层银白色的铬,铬材质较硬,容易脱落,所以不宜采用硬力擦拭。转接头结构采用螺纹结构,如图1所示,螺纹较细,缝隙处手工不易清洗。转接头材质和结构的特殊性决定了超声波的参数,主要有以下几方面。图1转接头结构
转接头结构

2.1超声波功率
超声波清洗的关键在于空化作用,空化作用的强度又取决于超声波功率。通常在单位面积超过0.3W超声功率时,超声波强度越大,空化作用越明显,清洗作用越好。但随着超声功率变大,清洗液温升速度也随之增高,高温加速清洗液溶与转接头污渍的反应速度,也容易造成脱铬现象。因此,清洗转接头时,超声波功率并非越大越好,选择0.3~0.5W是非常合适的。

2.2超声波频率
空化作用还与超声波频率有关,空化的产生存在着一个最小的临界幅度,即空化是随着频率的升高而降低的。目前超声波清洗机的工作频率根据清洗对象,大致分为3个频段:低频超声清洗(20~50kHz)、高频超声清洗(50~200kHz)和兆赫超声清洗(700~1000kHz)。低频超声清洗适用于大部件表面或者污物和清洗件表面结合强度高的场合;高频超声清洗适用于计算机、微电子元件的精细清洗;兆赫超声清洗适用于集成电路芯片、硅片及薄膜等的清洗。转接头螺纹部分污渍附着较难清洗,且并非高精密度工件,低频超声清洗即可满足使用要求,因此,选择频率20~50kHz的超声波。

2.3清洗溶液的选择
空化也与液体的表面张力有关,张力大则不容易产生空化,但是当声强超过空化阈值时,空化泡崩溃释放的能量也大,有利于清洗。高蒸气压的液体会降低空化强度,而液体的粘滞度大也不容易产生空化,因此蒸气压高和黏度大的清洗剂都不利于超声清洗。清洗剂的选择要从2个方面考虑,一方面要从污物的性质来选择化学作用效果好的清洗剂;另一方面要选择表面张力、蒸气压及黏度合适的清洗剂。经过综合分析试验,选择奥斯克-Ⅱ清洗剂,与纯水按照一定比例混合后作为清洗溶液对转接头进行超声波清洗。

2.4温度一般超声波在30~40℃时空化效果最好,如添加清洗剂则温度越高,作用越显著。但是,温度过高气泡中的蒸气压增大,空化强度会降低,所以温度的选择要考虑对空化强度的影响,也要考虑清洗液的化学清洗作用。每一种液体都有一空化活跃的温度,水较适宜的温度是60℃左右,此时空化最活跃。
 
由于超声波的能量能够穿透细微的缝隙和小孔,故能够清洗到人工无法触及的部位。转接头由于数量多,螺纹密,故手工清洗时难以一一清洗彻底,经过车间使用验证,用超声波清洗可以保证清洗质量,效果良好。