Comment fonctionne une batterie lithium-ion ? Quels sont les dangers ? Comment limiter les risques d'incendie ? Quelles sont les solutions de stockage et manipulation disponibles sur le marché ?
Dans notre guide pratique, nous répondons à ces questions, examinons de près les dangers potentiels du stockage de batteries au lithium et vous donnons de précieux conseils pour éviter toute perte.
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. Incendie dans un garage causé par la batterie d’un vélo électrique en 2017, décès lors de l’explosion d’un chargeur de batterie en 2018... 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.
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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.
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.
Les entreprises doivent préparer et mettre à disposition une fiche de données de sécurité pour les batteries au lithium. Elle contient généralement de précieuses informations sur le stockage et la manipulation des batteries. Toutefois, on peut aussi souvent trouver des informations sur la composition chimique, qui renseignent sur la dangerosité du produit. Fondamentalement, une pile au lithium peut être divisée en anode (électrode positive), électrolyte liquide et cathode (électrode négative).
Le graphite (C) est généralement utilisé comme matériau anodique, qui n'est pas soumis à un étiquetage obligatoire conformément au règlement SGH.
De nombreux matériaux différents sont utilisés pour la cathode. La composition exacte du matériau de la cathode détermine de manière significative des propriétés telles que la durée de vie, les temps de charge et les performances. Le fer, le manganèse, le dioxyde de cobalt ou le nickel sont souvent utilisés dans la cathode.
L'électrolyte liquide est constitué d'un solvant organique et d'un sel conducteur. Bien qu'il existe une grande variété de solvants possibles, l'hexafluorophosphate de lithium (LiPF6) est presque exclusivement utilisé comme sel conducteur.
Liquide électrolytique = solvant organique + sel conducteur (LiPF6)
La composition chimique exacte du mélange de solvants en question est généralement un secret de fabrication. Toutefois, en consultant les différentes fiches techniques, on peut obtenir un aperçu des composants utilisés. Les points d'éclair des composants du solvant vont de +160°C à une température partiellement inférieure à 0°C. Cela explique l'instabilité thermique d'une batterie au lithium.
Le sel conducteur contient du fluor (F), entre autres. La libération d'acide fluorhydrique (HF) sous forme non concentrée peut entraîner diverses situations dangereuses dans une batterie au lithium endommagée.
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 :
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. Le danger provient d'abord 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. Cela devient particulièrement dangereux lorsqu'une batterie au lithium libère de manière incontrôlée l'énergie qu'elle a stockée. Car dès que la chaleur générée dépasse le point de fusion du séparateur, une réaction en chaîne incontrôlable se produit, le redouté "emballement thermique".
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 pression dépasse un certain point, les gaz inflammables sont libérés et forment un mélange inflammable avec l'air : des flammes apparaissent à l'extérieur de la batterie. Le courant thermique d'une seule cellule suffit à chauffer les cellules voisines du bloc de batterie jusqu'à une forte réaction en chaîne aux conséquences graves. Une fois cette réaction en chaîne enclenchée, il ne faut que quelques minutes pour que la batterie brûle de manière explosive. De tels incendies avec des batteries au lithium sont difficiles à contrôler et le feu se propage rapidement. Les pompiers n'ont souvent pour tâche que de protéger les zones avoisinantes.
En fonctionnement normal, les batteries au lithium sont considérées comme sans risque. Cependant, cela n'est vrai que si tout le monde sait les utiliser correctement. Si les batteries lithium-ion sont mal manipulées ou mal stockées, par exemple, elles peuvent présenter un risque important pour la sécurité. On ne peut pas toujours exclure d'emblée les défauts techniques à l'usine.
Un risque typique lors de la manipulation des batteries au lithium est à vrai dire assez courant, à savoir la charge et la décharge. Une surcharge électrique peut se produire ici pour plusieurs raisons, par exemple avec l'utilisation d'un chargeur inadapté.
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. Des conditions de stockage incorrectes, par exemple, un stockage en dehors de la température recommandée par le fabricant, peuvent favoriser cet effet (par exemple, les températures extérieures froides, notamment pendant les mois d'hiver). Dans ce cas, le liquide électrolytique se décompose et par conséquent, des gaz facilement inflammables se forment. Si l'on tente ensuite de recharger les batteries complètement vidées, 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.
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 de dommages mécaniques. 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.
Les sources de chaleur ou d'énergie externes peuvent chauffer les batteries au lithium et donc provoquer un incendie à cause de la surcharge thermique. Les sources de danger typiques sont, par exemple, les feux ouverts, les pièces de machines chaudes ou le stockage en plein soleil.
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.
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 :
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.
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 puissance sont spécifiées. L'infographie suivante vous en donne un aperçu.
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 batteries au lithium.
Il est généralement recommandé de traiter les accumulateurs 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 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.
Que faire en cas d'incendie ? Les incendies de batteries lithium-ion sont considérés comme très difficiles à combattre. Les tentatives d'extinction des incendies avec des agents inertes classiques sont généralement infructueuses, car les batteries au lithium produisent elles-mêmes l'oxygène nécessaire à l'incendie. Lors du choix de l'agent d'extinction approprié, la taille et la quantité des batteries, mais aussi les conditions de fonctionnement jouent toutes un rôle. En général, il est important d'évaluer les risques et les dangers individuels présents dans l'entreprise et de développer un concept d'extinction et de protection contre l'incendie approprié en coopération avec des experts et des assureurs.
Les avis divergent quant à l'utilisation de l'eau comme agent d'extinction. Le lithium étant très réactif, certains déconseillent de le mettre en contact avec l'eau. Cependant, des recherches récentes suggèrent que de plus grandes quantités d'eau sont capables de contenir et de combattre efficacement les incendies de lithium. Les explications données ici incluent l'effet de refroidissement, qui ralentit la réaction des cellules. Néanmoins, les grandes batteries, par exemple celles des voitures électriques en feu, représentent régulièrement un énorme défi pour les services d'incendie. Cela s'explique facilement par la structure d'une batterie de traction :
Fondamentalement, une grande batterie de traction se compose de nombreuses petites cellules qui sont reliées entre elles. Si une seule cellule chauffe, dans le pire des cas au milieu du module, les cellules voisines sont inévitablement chauffées elles aussi. Il en résulte une réaction en chaîne, qui conduit à une libération d'énergie beaucoup plus importante. Si la réaction en chaîne a été déclenchée à partir du centre de la batterie, il est presque impossible de l'atteindre avec un agent d'extinction, par exemple de l'eau, et donc d'arrêter ou de contenir la réaction. Si l'on essaie maintenant de refroidir un tel module, l'eau n'atteint que les couches extérieures ou le boîtier des batteries. La situation est différente avec les petits modules, où moins de cellules sont utilisées. Ici, le refroidissement externe a généralement un effet direct sur les cellules en réaction.
Cependant, une quantité d'eau nettement plus importante est nécessaire pour combattre l'incendie que dans les incendies classiques. Afin d'éteindre plus rapidement et, si possible, de réduire la quantité d'eau nécessaire, divers additifs peuvent être ajoutés à l'eau d'extinction. En cas de réaction, il y a également un risque que des substances nocives telles que l'acide chlorhydrique ou fluorhydrique soient sécrétées à l'intérieur de la cellule. Elles peuvent se présenter, par exemple, sous forme de vapeurs et nuire aux personnes par contact avec la peau ou par inhalation. Pendant le processus d'extinction, ils peuvent être dilués par l'eau d'extinction, s'infiltrer dans le sol (si aucun dispositif de rétention approprié n'est disponible) et causer des dommages environnementaux.
Une autre possibilité d'utiliser une technique d'extinction pour les feux de lithium est la technique d'extinction par aérosol. Il s'agit d'un système technique opérationnel en permanence qui est utilisé pour éteindre l'incendie jusqu'à ce que les pompiers arrivent pour l'éteindre définitivement. La technologie d'extinction fonctionne conformément à la norme EN 15276-10 sans ajout d'eau. Le générateur d'extinction interrompt effectivement le processus de combustion chimique dans un délai de 4,5 à 15 secondes (selon le modèle) lorsque la température augmente. Cette technologie est respectueuse de l'environnement et compatible avec l'homme (non nocive, ne déplaçant pas l'oxygène) et est, entre autres, répertoriée comme "agent d'extinction de substitution HALON" officiel par l'Agence de protection de l'environnement des États-Unis (U.S.EPA). En raison du faible poids / volume d'installation et du fait qu'aucune tuyauterie n'est nécessaire, une installation facile et rapide est possible. Les coûts d'investissement et de suivi restent également faibles, car la technologie d'extinction par aérosol ne nécessite aucun entretien et a une longue durée de vie.
Les granulés d'extinction isolent thermiquement la batterie. L'effet d'extinction ou d'isolation est actif immédiatement et fonctionne de manière totalement indépendante. Toutefois, la condition préalable est que les batteries soient recouvertes d'une quantité suffisante de granulés. Le granulé d'extinction spécial PyroBubbles® permet de lutter contre les incendies naissants et est testé et certifié selon la norme NF EN 3-7+A1 pour les incendies de classes A, B, D et F.
Les PyroBubbles® sont principalement constituées d'oxyde de silicium dont la taille moyenne des grains est comprise entre 0,5 et 5 mm. À une température d'environ 1050 °C, ils commencent à fondre et forment une couche fermée et thermiquement isolante autour de la source du feu. Les PyroBubbles® peuvent être utilisées de manière assez universelle : elles conviennent non seulement comme agents d'extinction pour lutter contre les incendies des batteries lithium, mais aussi à titre préventif comme remplissage pour le stockage et le transport. Des boîtes de transport et de stockage appropriées, approuvées par l'ONU, sont disponibles en métal et en plastique.
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.
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, un nouveau local coupe-feu pour la société ads-tec et un local pour batteries de traction pour EDAG.
Les batteries endommagées ou usagées sont considérées comme des marchandises dangereuses. Il faut toujours les transporter en prenant les précautions maximales. Nos récipients conformes à la législation permettent de transporter en toute sécurité les batteries lithium-ion endommagées.
Les granulés PyroBubbles®, agents extincteurs efficaces, sont disposés dans le conteneur et vont former une couche fermée autour des batteries en cas d'incendie, permettant ainsi d'isoler le feu de batterie.
Le plus grand soin a été apporté à la réalisation de cette page et à la collecte de données exactes et complètes. DENIOS ne garantit pas l'actualité, l'exhaustivité et l'exactitude de toutes les informations contenues dans cette page et décline toute responsabilité pour tout dommage découlant de façon directe ou indirecte de leur utilisation. Dans tous les cas, veuillez respecter la législation actuelle et locale.
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