[发明专利]一种高效自动清除锌银电池极片化成后残留碱液的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效自动的清除锌银电池极片化成后残留碱液的方法，该发明用于锌银电池极片化成后清洗领域。

背景技术

锌银电池制造过程中在极片化成充电完成后需对极片进行清洗以去除极片表面及内部孔隙中的碱性电解液。该制造工序的目的是尽可能减少极片内部残留的KOH溶液，以减少其在锌银电池干态贮存期间对电极的腐蚀影响。根据国内锌银电池研究工作及相关文献报道，电池在化成后拆洗、干燥过程中，极板不可避免的会有残存的碱和水分，由于金属锌的化学性质很活泼，必然会与残存的碱和水发生自放电而腐蚀，从而影响电池的电压和容量。

由于极片成微孔交错结构状态（见图1、图2），以目前传统锌银电池制造工艺采用的自然浸泡极片清洗方法难以有效清除极片孔隙残留的碱液，且清洗后没有定量检测方法，无法对极片内部残留碱液情况做定量的判定。现有工艺为采用小于10μs/cm纯水连续持续浸泡，中间每间隔1h时间进行人工换水，以浸泡时间为前提，浸泡过程进行全程纯水溢流，直至极片表面pH试纸检测显示为中性范围。持续清洗时间至少达16h以上。

由于电池电极的多孔结构所限，且电池电极不允许采用酸性溶液对KOH进行中和的方式，因此经过电极化成的电极内部微孔隙中残留的KOH采用存浸泡模式难以完全清除干净，以传统常规工艺制备的电池必定存在残留，实际取样对7~10年干态贮存后电池解剖发现极片因残余碱液引起的骨架腐蚀，负极容量下降等明显失效，降低了电池贮存可靠性，限制了锌银电池干态贮存寿命的进一步延长，不能满足现有及未来运载武器对锌银电池寿命的要求。

现有文件资料未见除自然浸泡及手工换水以外的清洗方式，也未见自动清洗系统。

发明内容

本发明解决的问题是解决锌银电池极片手工清洗效率低，极片孔隙中碱液难以完全清除的问题，提供了一种高效自动化的残余碱液清除系统及方法，并提出了一种可定量判定极片孔隙残留量的测定方法，从而消除锌银电池在贮存期内碱液残留，导致极片性能下降的风险。

本发明的技术解决方案是:一种锌银电池极片化成后的高效自动清洗方法，包括以下步骤：步骤一，采用自动射流去除极片表面的碱液；步骤二，利用超声空化效应及直进流作用加速极片内部孔隙的残留碱液渗出；步骤三，采用鼓泡浸泡清洗持续加速效果；上述过程中对清洗液进行实时pH及电导率监测反馈，并对最终产品采取极片粉料浸泡纯水中48h的电导率测试，对碱液残留量进行量化检测。

进一步，所述步骤一中射流装置为直杆式，气动控制横向运动，射流管上均布射流孔径为1mm。

自动清洗系统包括锌银电池极片表面碱液快速清除模块、极片内部孔隙残留碱液超声清理模块、持续鼓泡清洗模块、极片自动抓取机械手及传动装置、清洗液加热模块、pH及电导率数据实时监测及反馈控制模块。

系统工作方式：机械手抓取整槽化成出槽的极片送至极片表面快速清除工位，以一定角度和强度的纯水（小于10μs/cm）射流对极片表面进行冲洗，快速带走极片表面大量的KOH溶液，移动反复对单槽极片清洗，同时控制射流强度避免对脆性极片造成机械损伤。极片内部孔隙残留碱液超声清理模块，选取合适的超声频率参数，弱化超声波空化效应，强化超声直进流效应，强迫加速极片孔隙的离子扩散及交换速度，达到孔隙内部残留碱液清除的目的。此过程进行清洗液电导率及pH值的实时监测反馈控制，直至清洗液碱性离子测量结果满足要求。其后，机械手抓取清洗对象至持续鼓泡清洗模块，持续一定时间使极片孔隙内部残留的碱液析出并清除，该过程也进行pH及电导率的实时监测反馈，达标后系统自动完成极片出槽，清洗完成。

极片残留碱液的量化判定方法：该方法代替传统的极片清洗后pH试纸贴于极片表面的人为判读方法，实现极片内部的碱液残留量的量化判定。抽取批次清洗极片粉料置于固定体积清洗纯水（纯水需提前测定pH及电导率），浸泡48小时后进行，测定浸泡溶液的pH及电导率数值，该数值的变化是由极片粉碎后内部碱液析出导致的变化，因极片粉碎后极片孔隙中的残留碱液全部析出，所以可量化的表明极片碱液残留量多少。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）实现锌银电池极片清洗过程自动化，提高了生产效率，清洗时间由16h减少至3h。

（2）大幅减少了批生产清洗用纯水量，取消传统的持续溢流过程，有效节省资源，同时也大幅减少了废水排除量。

（3）实现清洗过程动态监控，以pH和电导率反馈进行清洗过程的自动控制。创新了极片内部碱液残留量的量化判定方法代替pH试纸人为判定，精确的测定极片清洗后碱液残留量。