超聲波清洗在鋰電池轉接頭上的應用

2021-07-28 16:31

鋰離子電池出廠前，要進行內部電能激活，采用專用的化成設備對單個電池反復充放電。目前多數化成設備的充放電方式是：化成設備的輸出端壓在電池極柱上，形成電流回路，完成電池的充放電。電池極柱結構不同，有螺紋型和平面型，螺紋型的電池極柱面積小于充放電設備的輸出端，充放電設備的輸出端無法完全接觸到電池極柱，需要引入轉接頭作為中介，擴充電池極柱面積，保證充放電設備和電池接觸良好。由于使用頻率高、頻繁接觸指紋，使用環境中接觸電解液，因此轉接頭極易被污染，需要頻繁清洗。常規的水浸泡無法溶解轉接頭表面的電解液和油漬，超聲波作為近幾年的一個新興技術，在工業清洗中的應用日趨成熟，采用超聲波清洗轉接頭能夠有效、高速地去除轉接頭表面的污漬。
 
1、超聲波清洗的原理
超聲波是一種頻率超出人類聽覺范圍20kHz以上的聲波，超聲波清洗原理是由超聲波發生器發出高頻振蕩信號，通過換能器轉換成機械振蕩傳播到介質，使清洗液隨超聲波頻率一起振動，振動過程中產生數以萬計的50～500μm的微小氣泡。這些氣泡在超聲波縱向傳輸的負壓區形成、生長，而在正壓區，當聲壓達到一定值時，氣泡迅速增大，然后突然閉合。并在閉合時產生沖擊波，在其周圍產生上千個大氣壓，破壞不溶性污物而使他們分散于清洗液中，當固體粒子被油污裹著黏附在清洗件表面時，油被乳化，固體粒子脫落，從而達到清洗件凈化的目的。
 
2、超聲波的參數選擇
轉接頭材質是導電性良好的黃銅，由于黃銅易氧化，因此在表面鍍了一層銀白色的鉻，鉻材質較硬，容易脫落，所以不宜采用硬力擦拭。轉接頭結構采用螺紋結構，如圖1所示，螺紋較細，縫隙處手工不易清洗。轉接頭材質和結構的特殊性決定了超聲波的參數，主要有以下幾方面。圖1轉接頭結構

2.1超聲波功率
超聲波清洗的關鍵在于空化作用，空化作用的強度又取決于超聲波功率。通常在單位面積超過0.3W超聲功率時，超聲波強度越大，空化作用越明顯，清洗作用越好。但隨著超聲功率變大，清洗液溫升速度也隨之增高，高溫加速清洗液溶與轉接頭污漬的反應速度，也容易造成脫鉻現象。因此，清洗轉接頭時，超聲波功率并非越大越好，選擇0.3～0.5W是非常合適的。

2.2超聲波頻率
空化作用還與超聲波頻率有關，空化的產生存在著一個最小的臨界幅度，即空化是隨著頻率的升高而降低的。目前超聲波清洗機的工作頻率根據清洗對象，大致分為3個頻段：低頻超聲清洗（20～50kHz）、高頻超聲清洗（50～200kHz）和兆赫超聲清洗（700～1000kHz）。低頻超聲清洗適用于大部件表面或者污物和清洗件表面結合強度高的場合；高頻超聲清洗適用于計算機、微電子元件的精細清洗；兆赫超聲清洗適用于集成電路芯片、硅片及薄膜等的清洗。轉接頭螺紋部分污漬附著較難清洗，且并非高精密度工件，低頻超聲清洗即可滿足使用要求，因此，選擇頻率20～50kHz的超聲波。

2.3清洗溶液的選擇
空化也與液體的表面張力有關，張力大則不容易產生空化，但是當聲強超過空化閾值時，空化泡崩潰釋放的能量也大，有利于清洗。高蒸氣壓的液體會降低空化強度，而液體的粘滯度大也不容易產生空化，因此蒸氣壓高和黏度大的清洗劑都不利于超聲清洗。清洗劑的選擇要從2個方面考慮，一方面要從污物的性質來選擇化學作用效果好的清洗劑；另一方面要選擇表面張力、蒸氣壓及黏度合適的清洗劑。經過綜合分析試驗，選擇奧斯克-Ⅱ清洗劑，與純水按照一定比例混合后作為清洗溶液對轉接頭進行超聲波清洗。

2.4溫度一般超聲波在30～40℃時空化************，如添加清洗劑則溫度越高，作用越顯著。但是，溫度過高氣泡中的蒸氣壓增大，空化強度會降低，所以溫度的選擇要考慮對空化強度的影響，也要考慮清洗液的化學清洗作用。每一種液體都有一空化活躍的溫度，水較適宜的溫度是60℃左右，此時空化最活躍。
 
由于超聲波的能量能夠穿透細微的縫隙和小孔，故能夠清洗到人工無法觸及的部位。轉接頭由于數量多，螺紋密，故手工清洗時難以一一清洗徹底，經過車間使用驗證，用超聲波清洗可以保證清洗質量，效果良好。