超声波技术在锌银电池极片清洗中的应用研究

超声波技术在锌银电池极片清洗中的应用研究

谭露 张朝政 刘丹

贵州梅岭电源有限公司 贵州省遵义巿 563000

摘要：随着科技不断发展，现阶段逐渐将超声波技术应用于各种机械机电清洗，整体清洗效率和质量表现优质，清洗率和清洗洁净度都极高，但是在锌银电池极片清洗中尚未广泛应用，主要是由于多种因素影响，导致锌银电池极片清洗中应用空间较小，需要针对性进行分析，拓展超声波技术的使用空间，通过实验来分析超声波技术在锌银电池极片清洗种的参数和影响，进而明确超声波技术的适用性。

关键词：超声波技术；锌银电池；极片清洗

引言：相比于其他电池，锌银电池的工作稳定性强且功率输出性能优质，因此使用范围较为广泛，在一些运载火箭或者中远程导弹上都有着应用，但是现阶段锌银电池的生产工艺固化，整个生产过程过于倾向人工，针对锌银电池化成后的清洗作业依旧采用传统的纯水流动浸泡方式进行，进而除去锌银电池极片中残留的氢氧化钾，并采用PH试纸进行检验，这种方式不仅清洗质量和效率不尽人意，且造成大量的水资源浪费，很多时候清洗质量受到人为因素影响较大，很容易导致锌银电池的电性能衰减严重，因此需要模拟采用超声波技术对锌银电池极片进行清洗，分析其可行性以优化锌银电池极片清洗质量。

1. 可行性分析

超声波技术现阶段应用非常广泛，主要是由于其适用性强且清洁效率高，是目前清洁方式中清洗效率最优质的技术，通过相关档案记录超声波技术的清洗效率最高可以超过98%，而洁净度也达到了最高程度，相比于其他清洗方式和清洁技术，超声波技术效率快清洁度一致，且穿透性强不会对清洁面造成损伤，且针对一些结构复杂的机械设备，可以有效对细缝或者深孔进行高精度清洗，很多隐蔽处的清洗质量极高，因此使用广泛，但是现阶段并没有应用于锌银电池极片清洗作业中，需要针对其可行性进行分析。

超声波技术清洗主要是由于超声波自身存在能量，在发出超声波时会对真空洞穴造成一定程度的破坏，进而产生能量，同时超声波会通过能量实现推动清洗液流动搅拌，进而实现空化作用、加速度作用和直进流作用，实现清洗清洁的目的，通过测试当超声波的频率达到28KHZ以上100KHZ以下的时候，这些作用效果会同时存在进而清洁效果最优质，当频率低于28KHZ的时候只有空化作用产生，当频率高于100KHZ的时候空化作用则相对较小。

当锌银电池极片完成化成之后，氢氧化钾已经被充分浸润，在极片正负极孔隙中会存在较多的氢氧离子，想要迅速去除这些氢氧离子难度较大，一般情况下传统的锌银电池正负极片氢氧离子去除是通过自然浸泡的方式，将氢氧离子进行稀释扩散处理，相对而言清洗时间较长，效率低清洁质量不尽人意，很多时候清理过程会受到外界很多因素影响，因此尝试采用超声波技术来进行清洗，超声波清洗过程中，空化效应会产生加速度和直进流作用，进而有效提升极片周围液体的扰动效率，进而提升离子扩散效率，可以有效降低清洗时间提升清洗质量，且在空化作用过程中会产生大量直径为10^-6mm左右的气泡，对锌银电池极片中间液体产生冲击，进而提升清洗效率，为了分析超声波技术对锌银电池极片清洗的效率，对静态浸泡和超声波作业下浸泡的锌银极片进行电导率和PH值对比测试，对比试验汇总极片的规格以及其他条件都属于不变量，通过对比分析可以得出超声波状态下仅需要90s左右就可以将溶液PH值迅速提升到最大值并保证PH值稳定，而自然浸泡则需要超过一小时才能达到同样的效果，进而有效说明超声波技术可以有效提升清洗效率，而在电导率实验组方面，超声波技术实验组的溶液电导率会迅速提升到峰值，随后当离子分散到清洗液中后会逐渐降低最后平稳，通过这两组实验可以有效证明超声波技术清洗锌银电池极片的可行性，不仅能有效提升清洗效率也能缩短清洗时间^[1]。

2. 锌银电池极片超声波技术清洗实验方案

1. 实验目的

在进行超声波技术清洗锌银电池极片实验之前，需要明确实验目的，实验目的主要是为了确定超声波技术使用的时间、功率以及频率，并分析超声波技术对锌银电池极片产生的影响，并分析干态存储性能和极片电性能是否满足需求，构建超声波技术清洗锌银电池极片的判定标准，进而为清洗锌银电池极片超声波技术清洗大范围推广提供基础。

2. 实验流程

首先需要对锌银电池极片的参数进行设计分析，随后选取较为经典的常规极片作为实验组，通过不同超声波清洗时间、不同频率的实验极片进行分组，随后设置对照组，一组超声波频率一致时间不同，一组超声波频率不同清洗时间一致，随后对分组极片进行强度测试、电性能测试、清洗清洁程度测试，在实验过程中对各种实验数据进行收集，在实验之后将这些数据进行汇总和对比，最终实现各种参数的确定，随后将清洗之后的极片进行锌银电池单体制作，并采用在71°C的温度环境下静置搁置二十一天完成干态贮存加速，随后对锌银电池的贮存性能进行实验，分析超声波技术清洗对锌银电池贮存性能的影响。

在实验中选择产量较大的6AH型号的极片进行实验，具体实验极片数量正极为68片，负极片为70片，随后在超声波频率上选择低频清洗、高频清洗、兆赫清洗三种，低频频率为20KHZ到50KHZ之间，而高频清洗则为200KHZ以下50KHZ以上，兆赫清洗在频率选择上为700KHZ到1MHZ，通过实验发现超声波技术采用对频率越高清洗溶度越高且气泡会随着频率升高而减少，实验采用的超声波设备基准频率为50KHZ，通过调整参数来满足实验需求，是沿公路则选择满载功率为1KW的100%、60%、30%,在所有实验组中，只有100%功率实验组极片在清洗烘干后直接进行装配进行电性能测试，其他则均对清洗效果和极片强度进行测试^[2]。

极片强度测试时主要是对空化作用对极片表层冲击检查和极片弯曲强度检测，而超声波技术清洁效果检测，则是通过将传统清洁法和超声波技术清洁方式处理过后的极片浸泡液体进行电导率实验，通过分析实验结构和实验数据可以准确对清洗洁净度进行评价。

在完成其他组实验之后需要分析超声波技术对贮存寿命造成的影响，因此需要进行实验验证，通过将不同清洗技术处理过的极片进行干态贮存加速实验，随后将单体电池进行放电性能试验，透过实验结果可以准确对二者的性能进行比较。

3. 实验结果分析

1. 清洁效果

将实验正负极片置入500ml纯净水中，浸泡72小时之后可以得出正极片在30%功率的实验结果为32.8μS/cm-35.6μS/cm，而在60%功率结果为29.8μS/cm-32.6μS/cm相比于自然浸泡下的结果65.8μS/cm-38.6μS/cm而言，差距巨大，意味随着超声波的功率增加，清洁效果也随之提升，而负极片在30%功率测试结果为5.86μS/cm-6.98μS/cm，在60%功率则为5.08μS/cm-6.56μS/cm，这意味着在30%功率下基本已经可以实现清洁目的，而增加时间和功率并没有提升清洁效率和质量，且通过实验可以得出负极片清洁难度较低，超声波清洗相比于传统的清洗方式效果更优质。

2. 超声波技术对极片强度的影响

在最后正极片在30%功率下的强度测试结果为631N-721N，而在60%功率时强度实验结果为661N-798N，而传统清洗的强度为668N-755N，负极片在30%功率的强度测试结果为1388N-1899N，60%功率实验结果为1368N-1988N而传统技术强度为1357N-1932N整体强度变化不大^[3]。

3. 超声波技术对电性能影响

通过抽样检测的方式可以得出机组实验的放电性能基本一致，这意味着极片放电性能基本未收到影响，随后通过干态贮存加速实验对单体电池进行电性能实验得出两种技术单体电池放电曲线（如图1），可以得出超声波技术对心音带你吃干态贮存性能有积极的影响。

图 1两种技术单体电池放电曲线

总结：通过实验可以得出超声波技术清洗锌银电池极片可行，且清洁效率优质，超声波技术不会对极片强度造成影响，且在一定程度上会对锌银电池干态贮存性能进行提升。

参考文献：

[1]倪增磊,杨嘉佳,李帅,等.超声波点焊技术及其在锂电池制造中的研究现状[J].焊接,2020(05):31-37+63.

[2]黄锴. 基于超声波成像技术的锂离子电池电解液浸润性研究[D].华中科技大学,2019.

[3]倪作恒,王冠,马军,等.超声波技术在锌银电池极片清洗中的应用[J].电源技术,2018,42(05):674-677.