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汽车模组装配中的等离子清洗工艺

昨天有时间把宝马iX3的模组生产视频回看了下,尽管没有把整个装配过程披露出来,也展示了不少的工艺点,其中等离子清洗工艺出现了两次,如下两图所示:



分别是电芯的等离子清洗和模组端板的等离子清洗。清洗是模组装配中一个重要的预处理工序,由于模组装配中胶粘和焊接的使用比较多,这两种工艺对于接触界面的清洁度要求比较高,因此,电芯以及涉及到焊接的零部件时常需要清洗。


电池模块装配前,需要进行等离子清洗(plasma clean),主要目的是去除表面污物,提高改善表面能,这是为下一步的涂胶工序做准备。

等离子清洗是最常用的清洗手段之一,在动力电池上的应用最早从宝马i系列的电池开始,i3用的是三星SDI的电芯,由于电芯之间用聚氨酯结构胶进行粘接,电池底部是聚氨酯导热胶粘接,为了提高粘接力,电芯各粘接面都采用等离子进行了清洗,如下所示:

等离子清洗是利用等离子体的高能量,吸附到固体表面,把表面的高分子有机物的分子链打断,形成小分子,小分子链进一步断裂,形成H2OCO2,最终让分子气化,残留的分子产生一些极性基团,增加表面能。故等离子清洗工作过程可认为是将有机物气化的过程,典型的过程可分为四个阶段:

1)无机气体被激发为等离子态;2)气相物质被吸附在固体表面;3)被吸附基团与固体表面分子反应生成产物分子;4)产物分子解析形成气相;反应残余物脱离表面。

等离子清洗能可显著提高表面能。但是等离子清洗只能清洗有机物,而且是微观清洗,如果是无机物污染或者污染严重,等离子清洁效果是有限的。值得注意的是,大部分电芯上的蓝膜表面离型剂用量并没有得到管控,故离型剂的使用量可能比较大,也可能比较少。蓝膜表面如果离心剂使用量大,即使使用等离子清洗也可能清洗不干净,这就会出现部分结构即使等离子清洗后,胶粘强度还是不高的现象。

常用等离子清洗有两种:真空等离子清洗及常压等离子清洗

真空等离子清洗它的基本过程是抽真空引入清洗气体(氦气、氩气等)→施加高频电压,辉光放电产生等离子体清洗。这类清洗一般适用于批次性处理,把工件放到箱子里面,把箱子抽成真空,充入一些惰性气体,然后对其进行放电,从而产生比较纯的等离子体,这些等离子体会包裹在整个工件的表面,它的一个优点在于对整个工件的位置、及位置的精度要求不高,只要时间足够,等离子体都会把各个面清洗好。非常适合复杂、不规则的工件。它的不足是由于批次性处理,不适合流水作业。

电芯的表面一般是比较规整的,平面比较多,如果使用真空等离子清洗效率会很低。这类工件适合于常压等离子清洗,其特点是速度块、运营成本低。

常压等离子清洗是在喷枪内通过转子和定子之间的放电而产生等离子体,然后通过高速的空气流将产生的等离子吹出喷枪外。其结构是电极是由定子、转子组成,两者之间高压产生放电。由于等离子体非常活跃,在空气中会很快被中和,所以,此类清洗设备,对喷枪头与工件的距离要求比较高,非常适合平面清洗,故在电芯表面清洗应用非常广泛。

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