Stockage sécurisé des batteries Lithium-Ion

Les batteries Lithium-Ion sont une technologie relativement récente. Mais depuis leur lancement au début des années 90, elles ont eu un impact considérable sur le marché du stockage d’énergie et ont progressivement remplacé les anciennes technologies. Aujourd’hui, les batteries au Lithium sont  indispensables pour notre vie quotidienne : elles sont petites et efficaces, et donc intéressantes pour de nombreuses applications. Non seulement les smartphones et les tablettes tirent leur énergie des batteries au Lithium, mais celles-ci jouent également un rôle important dans le domaine de l’électromobilité. Une batterie au lithium se distingue notamment par sa densité d’énergie élevée, son faible poids propre et sa technologie de charge rapide. 

Le revers de la médaille : vous entendez toujours parler d’incidents liés aux batteries Lithium-Ion. En 2017, un incendie dans un garage à Hanovre a fait les gros titres : il avait été causé par la batterie d’un vélo électrique. En 2018, un homme de Hambourg est décédé lors de l’explosion d’un chargeur de batterie. Le fait est que les explosions et les incendies de batteries Lithium-Ion peuvent avoir des conséquences désastreuses, entraînant des dommages conséquents ou, dans le pire des cas, un coût en vies humaines. C’est pourquoi il devient urgent d’aborder la question de la manipulation et du stockage sécurisé, non seulement pour les particuliers mais surtout pour les entreprises. Ainsi, la loi sur la sécurité au travail demande aux employeurs d’identifier et d’évaluer les dangers, afin de mettre en œuvre des mesures de protection adaptées.
Dans notre guide pratique, nous examinons de près les dangers potentiels du stockage de batteries au lithium et vous donnons de précieux conseils pour éviter toute perte.



Comment fonctionne une batterie Lithium-Ion ?

Afin de pouvoir évaluer les risques posés par le stockage de batteries au lithium, il est très utile de connaître leur fonctionnement. Tout d’abord, il est important de savoir qu’il n’existe pas « une » batterie de Lithium. À la place, il y a une variété de systèmes de stockage d’énergie différents dans lesquels le lithium est utilisé à l’état pur ou sous forme liée. Plus précisément, une distinction est faite entre les cellules lithium-ion primaires (non rechargeables) et secondaires (rechargeables). Dans l’usage courant, on se réfère généralement à ces dernières lorsque l’on parle de batteries lithium-ion, ou mieux encore, d’accumulateurs lithium-ion.

Schema Lithium-ion

Un bloc de batterie est composé de plusieurs cellules en fonction de la puissance. Chaque cellule Lithium-Ion comprend une électrode positive, l’anode, et une électrode négative, la cathode. Entre elles se trouve un électrolyte conducteur d’ions. Il garantit le transport des ions lithium entre les électrodes pendant le processus de charge ou de décharge. Les accumulateurs Lithium-Ion, dans lesquels un électrolyte liquide est utilisé, constituent la forme la plus connue de dispositifs de stockage d’énergie au lithium. Le séparateur est également un élément important. Il empêche le contact direct entre l’anode et la cathode, et évite ainsi un court-circuit. Lors du déchargement, des ions lithium et des électrons sont libérés du côté de l’anode. Les électrons traversent le circuit externe et effectuent le travail électrique. Pendant ce temps, les ions lithium migrent à travers le liquide électrolytique et à travers le séparateur vers la cathode. Lors du chargement, ce processus est inversé.

Selon le système, la structure et les matériaux utilisés peuvent varier en fonction de la batterie Lithium-Ion. Dans l’accumulateur lithium-polymère, l’électrolyte est incorporé dans la structure moléculaire d’un film polymère. Cela permet de se passer d’un séparateur indépendant. Les batteries au lithium-polymère ne peuvent délivrer que de faibles courants de décharge. Cependant, le film polymère a un design plat, ce qui explique pourquoi ce stockage d’énergie est particulièrement utile pour les téléphones et ordinateurs portables. La batterie au lithium à film mince est un accumulateur d’énergie dans lequel l’électrolyte est remplacé par un gaz à conduction ionique. Cela permet d’utiliser du lithium-métal et donc une densité d’énergie extrêmement élevée. Aujourd’hui, cette technique est une partie importante de la recherche sur les accumulateurs lithium.


Quels sont les dangers des batteries lithium-ion ?

Avec les normes de fabrication actuelles, les batteries au lithium sont considérées comme relativement sûres. En règle générale, le fabricant effectue différents tests de sécurité avant de mettre les produits (en série) sur le marché. Par exemple, le transport de batteries lithium-ion est autorisé seulement si un certificat de test conforme à la section 38.3 du Manuel d'épreuves et de critères de l’ONU est fourni. Pour obtenir ce certificat, il faudra effectuer avec succès une série de tests dans lesquels les batteries sont testées dans diverses conditions de transport. Celles-ci incluent notamment :

  • Simulation d’altitude

  • Test thermique

  • Vibrations

  • Coups

  • Court-circuit externe

  • Test d’impact / de compression

  • Surcharge

  • Décharge forcée

Étant donné que les batteries utilisées lors de ces tests peuvent être sollicitées au-delà de leurs limites de charge, elles sont soumises à des mesures de sécurité particulières. Nombre de nos clients effectuent également leur propre série de test, comme par exemple, vérifier la sécurité des accumulateurs en lien avec leurs produits. Pour cela, les locaux techniques de DENIOS peuvent être mis à votre disposition en tant qu’environnement de test sécurisé. Souhaitez-vous tester le stockage de batteries lithium-ion ? En savoir plus ici

Afin d’augmenter la sécurité des batteries Lithium-Ion, les fabricants peuvent déjà les équiper avec divers dispositifs de sécurité au niveau cellulaire. Si un électrolyte inflammable est utilisé à l’intérieur de la cellule, des additifs ignifuges peuvent par exemple être ajoutés pour assurer une meilleure protection. Le stockage de l'accumulateur dans un boîtier résistant à la corrosion avec de la mousse ignifuge peut également être une mesure efficace.

Néanmoins, il est important de faire particulièrement attention aux batteries Lithium-Ion, car elles peuvent toujours provoquer des incendies dangereux. Par exemple, si les batteries Lithium-Ion sont mal manipulées ou stockées, elles peuvent poser un risque de sécurité important. De plus, les défauts techniques d’une usine ne doivent pas être exclus d’emblée. Malheureusement, si quelque chose se produit, les conséquences vont souvent être dévastatrices. Le danger provient de la conception même de la batterie. La rencontre entre des matériaux à haute densité énergétique et des électrolytes très inflammables est l’exemple même d’un mélange dangereux. Voici quelques causes courantes de problèmes de batteries Lithium-Ion :

Risque d’incendie dû à une surcharge ou à des températures trop élevées

Si l'accumulateur lithium est surchargé ou exposé à des températures élevées, les cellules peuvent surchauffer. Ce que l’on appelle "emballement thermique" (thermal runaway) est une réaction fortement exothermique qui peut enflammer le lithium stocké et provoquer un incendie de métaux. L'énergie thermique élevée conduit d’abord à l'évaporation de l'électrolyte, créant ainsi de la chaleur supplémentaire et des gaz combustibles. Si la température d'inflammation d'un gaz est dépassée, il s'enflamme puis enflamme à son tour le lithium réactif. Le courant thermique d'une seule cellule suffit déjà à chauffer les cellules voisines du bloc de batterie jusqu'à une forte réaction en chaîne. Une fois mis en mouvement, il ne faut que quelques minutes à la batterie pour exploser.

Risque d’incendie dû à une décharge complète

Suite à une décharge complète, un incendie peut également s'enclencher. Si les batteries lithium-ion ne sont pas utilisées pendant une longue période, elles peuvent se décharger complètement. Les températures extérieures froides - notamment pendant les mois d'hiver - peuvent favoriser cet effet. Là encore, il s'agit de la décomposition du liquide électrolytique et par conséquent de la formation de gaz facilement inflammables. Si l'on tente ensuite de recharger les cellules lithium-ion complètement déchargées, l'énergie fournie ne peut plus être convertie correctement en raison du manque de fluide électrolytique. Cela peut provoquer un court-circuit ou un incendie.

Risque d’incendie dû à des dommages mécaniques

Lors de la manipulation de batteries lithium-ion, il y a toujours un risque d’endommagement. Des collisions avec des véhicules en marche, une chute sur un sol dur ou une compression dans des conditions de stockage incorrectes ne sont que quelques exemples. En cas de déformation des cellules, cela peut entraîner un court-circuit interne et un incendie de la batterie. De plus, les impuretés dans la production des cellules elles-mêmes ne peuvent pas être exclues à 100%. Dans de rares cas, il est possible que des particules faussement libérées dans la cellule pendant la production les endommagent de l'intérieur avec le temps. Ici aussi, des courts-circuits internes peuvent se produire.

 

Lorsqu'une batterie lithium-ion brûle, l’incendie est difficile à éteindre. Les tentatives d'extinction avec des agents inertes sont généralement infructueuses, car les cellules lithium-ion génèrent l'oxygène nécessaire au feu lui-même. Seuls des poudres et des granulés d'extinction spéciaux sont adaptés à la lutte contre les débuts d’incendies de classe D. Cependant, ils ne peuvent plus être utiles lors d’une propagation avancée (ici, entre autres, se pose le problème de couvrir la totalité de la surface). Pour plus d'informations sur les granulés d'extinction, contactez-nous.

En ce qui concerne l'utilisation de l'eau en tant qu'agent d'extinction, les points de vue diffèrent. Comme le lithium est très réactif, certains déconseillent de le mettre en contact avec de l'eau. Des études récentes suggèrent toutefois que de plus grandes quantités d'eau peuvent contenir et combattre efficacement les incendies de lithium. L’une des explications données est l'effet de refroidissement, qui ralentit la réaction des cellules. En outre, la propagation du feu peut être réduite en évitant que le feu ne se propage à d’autres supports.
Cependant, la lutte contre ces incendies nécessite une quantité d'eau nettement supérieure à celle pour les incendies classiques. Afin d'être plus efficace, et si nécessaire, de réduire la quantité d'eau pour l’extinction, divers additifs peuvent y être ajoutés. Plus généralement, il est important d’évaluer les risques et les dangers individuels présents dans l’entreprise et de mettre au point un système adapté d’extinction et de protection contre le feu, en collaboration avec des experts et des assureurs de biens.

Malheureusement, l’incendie n’est pas le seul risque des batteries lithium-ion. En réaction, des substances nocives telles que l'acide chlorhydrique ou l'acide fluorhydrique provenant de l'intérieur de la cellule risquent également d'être sécrétées. Celles-ci peuvent par exemple se produire sous forme de vapeurs et blesser les personnes par contact cutané ou par inhalation. Au cours du processus d'extinction, ils peuvent se diluer dans l'eau, s'infiltrer dans le sol (s'il n'y a pas de dispositif de capture approprié) et causer des dommages environnementaux.

Pour résumer : Plus les batteries lithium-ion peuvent stocker de l'énergie, et plus vous en entreposez, alors plus leur potentiel de danger augmentera. Ceci, ainsi que vos processus et vos conditions opérationnelles, structurelles et organisationnelles doivent toujours être analysés au cas par cas dans le cadre de l'évaluation des risques.


Mesures de prévention

Le stockage de batteries lithium-ion pose un dilemme à de nombreuses entreprises. Conformément à la loi sur la sécurité au travail, elles sont généralement tenues d’évaluer les dangers en cours d’exploitation et de les contrer par des mesures de protection appropriées. Cependant, jusqu'à présent, il n'y a pas de réglementation légale pour le stockage d'accumulateurs lithium pouvant être utilisée pour s'orienter.
Il appartient donc aux entreprises de définir et de mettre en œuvre les mesures appropriées. En raison, entre autres, du grand nombre de types de batteries différents, il n'est pas possible à l'heure actuelle de faire des déclarations générales sur les mesures et concepts de protection appropriés. Une analyse au cas par cas est donc nécessaire dans tous les cas. Nous vous recommandons de collaborer avec les pompiers, les assureurs de biens et les autorités compétentes pour développer un concept de protection complet pour votre situation de stockage individuelle.
En tant qu'experts dans le domaine du stockage des matières dangereuses, nous sommes bien entendu également à votre disposition. N'hésitez pas à nous contacter ! Vous trouverez ci-dessous un certain nombre de sources d'information auprès desquelles vous pouvez obtenir des informations complémentaires sur le stockage sécurisé des batteries lithium-ion :

Informations du fabricant

Le fabricant vous fournira toujours des informations générales sur la manipulation et le stockage sécurisé de ses produits, par exemple sur les températures optimales de fonctionnement et de stockage. Ces spécifications, que vous trouverez généralement dans le mode d'emploi et/ou les fiches de sécurité, doivent être strictement respectées. Les fabricants sont également tenus d'informer sur les substances contenues dans leurs produits et leurs effets sur l'environnement et la santé humaine. Vous pouvez également en tirer des conclusions pour votre évaluation des risques.

Brochure du VdS

Par ailleurs, l'association des compagnies d’assurance en Allemagne ("Verband der Schadenversicherer" ou VdS) a publié un dépliant qui fournit des informations sur la prévention des dangers lors de la mise à disposition des batteries lithium-ion dans les zones de production et de stockage. Selon la recommandation du VdS, les accumulateurs d'énergie au lithium sont divisés en trois classes de performance différentes : Batteries au lithium de faible puissance, puissance moyenne et puissance élevée. A cet effet, des règles de sécurité d'application générale ainsi que des règles de sécurité spécifiques pour leur stockage en fonction de la classe de performance sont spécifiées. L'infographie suivante vous en donne un aperçu. 

Brochure Vds

En ce qui concerne la mise à disposition de batteries lithium-ion sur les sites de production, le VdS souligne que les besoins quotidiens doivent être satisfaits, c'est-à-dire que la quantité fournie doit être limitée au minimum nécessaire. De plus, un équipement de lutte contre les incendies approprié devrait être fourni.

Presse spécialisée et publications

La presse quotidienne n'est pas la seule à traiter des aspects de sécurité des batteries lithium-ion. En raison de l'actualité constante, les médias spécialisés publient sans cesse des articles correspondants. Nous avons fait des recherches pour vous et avons résumé les conseils et astuces les plus courants pour manipuler les piles au lithium. 

Il est généralement recommandé de traiter les accumulateurs d'énergie au lithium comme une substance dangereuse et de concevoir leur manipulation en conséquence, c'est-à-dire de procéder à une évaluation des risques, d'en déduire les mesures appropriées, de rédiger des consignes de sécurité spécifiques et de former les employés à la manipulation appropriée des matières dangereuses. Les réglementations existantes telles que le code du travail précise que l'employeur doit évaluer les risques de danger sur le poste de travail, mettre à disposition le matériel afin de les éliminer ou limiter.


Les consignes de sécurité générales sur l'utilisation quotidienne des batteries lithium-ion peuvent être simplifiées en cinq points :

Éviter les charges thermiques
Éviter les charges thermiques

Pas de contact avec l'humidité
Pas de contact avec l'humidité

Utilisez uniquement des chargeurs compatibles
Utilisez uniquement des chargeurs compatibles

Chargement prudent
Chargement prudent

Éviter les dégâts
Éviter les dégâts

Les contraintes thermiques peuvent affecter non seulement la durée de vie des batteries lithium-ion, mais aussi leur sécurité. N'exposez pas directement et durablement les accumulateurs à des températures élevées ou à des sources de chaleur. Cela inclut également la lumière directe du soleil. L'exposition prolongée au froid doit également être évitée, car elle favorise les décharges profondes lors de l'utilisation. Si des batteries profondément déchargées sont ensuite reconnectés à un chargeur, un incendie peut également se déclarer. Respectez donc les températures de fonctionnement et de stockage recommandées par le fabricant.

Le contact avec l'humidité (par ex. précipitations, condensation ou éclaboussures d'eau) peut provoquer un court-circuit de l'accumulateur. C'est pourquoi vous devez toujours stocker les batteries au lithium dans un endroit sec et les protéger de l'humidité pendant le transport et l'utilisation.

L'une des causes les plus fréquentes d'incendie de batteries, surtout à la maison, est l'utilisation de chargeurs incompatibles. Celles-ci peuvent, par exemple, avoir une tension plus élevée que celle nécessaire à la batterie et la détruire. Par conséquent, n'utilisez que des chargeurs destinés à être utilisés avec votre modèle de batterie.

En plus de l'utilisation de chargeurs incorrects, il existe d'autres risques lors du processus de charge. Ne chargez pas les batteries au lithium pendant de longues périodes lorsqu'elles ne sont pas utilisées. En outre, les objets inflammables à proximité ne sont pas une bonne idée. Si possible, placez la batterie sur un sol en béton ou en carrelage pendant la charge. Si vous souhaitez stocker des batteries par la suite, un niveau de charge d'environ 30% est recommandé. Cela réduit la quantité d'énergie pouvant causer des dommages en cas d'urgence. Attention : Il doit toujours y avoir un certain niveau minimum de charge pour éviter une décharge profonde. Dans ce cas-là, suivez les instructions du fabricant.

Les dommages mécaniques peuvent entraîner la déformation des cellules à l'intérieur de la batterie et provoquer des courts-circuits internes. Par conséquent, assurez-vous que les accumulateurs lithium-ion ne soient exposés à aucun choc, coup ou des collisions. Si quelque chose devait arriver, les batteries endommagées ne devraient plus être utilisées, mais enlevées immédiatement, stockées séparément et éliminées de façon appropriée. Par mesure de précaution, vous devez également fixer les pôles des batteries endommagées, par exemple à l'aide de capuchons polaires. Bien entendu, les batteries au lithium ne doivent pas être démontées, ouvertes ou écrasées.


Sous réserve de modifications et d'erreurs. Toutes les informations fournies ont été soigneusement recherchées. DENIOS France ne peut toutefois pas garantir l'actualité, l'exactitude, l'exhaustivité ou la qualité des informations mises à disposition.


Solutions DENIOS

En fonction de la situation de stockage, il est nécessaire d'évaluer quels dangers peuvent survenir, avec quelle probabilité et quelles conséquences. Il n'y a pas de solution standard : il faut plutôt évaluer avec précision vos besoins individuels et coordonner le système de sécurité en fonction. Il est important d'impliquer les assureurs de biens à un stade précoce dans la réalisation des mesures de protection structurelles et de choisir un fabricant avec une dizaine d'années d'expérience dans le stockage des substances dangereuses. Nous nous ferons un plaisir de vous aider en vous faisant profiter de notre vaste expérience.

Locaux techniques sécurisés : fabriqués sur mesure et réalisés individuellement pour le client

Le potentiel de danger des accumulateurs d'énergie au lithium pose des défis particuliers aux systèmes de stockage. Nous vous proposons ici des locaux de sécurité spécialement conçus à cet effet. En plus d'offrir une protection coupe-feu de 120 minutes de l'intérieur et de l'extérieur, les systèmes peuvent être équipés de nombreux dispositifs de sécurité : surfaces de décompression dans le toit, ventilation technique, systèmes de surveillance des locaux (ex. détection de gaz, surveillance de la température ou détection précoce d'incendie), bac de rétention intégré pour une sécurité optimale en cas d'accident ou encore des installations d'extinction intégrées. Si vous souhaitez tester des batteries lithium-ion, nous pouvons concevoir un environnement adapté et sûr pour vous. Les salles d'essais peuvent, par exemple, être réalisées sous forme de chambres climatiques, ce qui permet de tester des accumulateurs dans différentes plages de température.

C'est précisément parce qu'il n'existe pas de réglementation normalisée dans le domaine du stockage de batteries au lithium et que les risques peuvent varier considérablement en fonction de l'exploitation qu'un local technique sécurisé doit toujours être adapté avec précision à vos besoins opérationnels individuels. C'est pourquoi nos ingénieurs travaillent avec vous pour développer un concept optimal et sur-mesure pour stocker ou tester vos accumulateurs.

Le saviez-vous ? De nombreuses entreprises font confiance à DENIOS pour le stockage en toute sécurité d'accumulateurs au lithium. Nous avons également réalisé des salles d'essais pour de nombreux clients renommés. Découvrez nos solutions réalisées : entre autres, nous avons développé une salle de test pour batteries lithium-ion pour le laboratoire Phoenix Testlab et un nouveau local coupe-feu pour la société ads-tec.


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