Risques du lithium : peut-on vraiment faire confiance aux batteries au lithium ?
7 mai 2020
Le choix de la formule chimique adaptée aux batteries au lithium
Sur le marché, il existe des centaines de formules chimiques différentes pour les accumulateurs au lithium. Néanmoins, les trois formules les plus utilisées sont les suivantes :
- Lithium NMC – Lithium Nickel Manganèse Cobalt (LiNiMnCoO2)
- Lithium NCA – Lithium Nickel Cobalt Aluminium (LiNiCoAIO2)
- Lithium LFP – Lithium Fer Phosphate (LiFePO4)
Notre objectif est de trouver la formule chimique au lithium la plus sûre pour votre installation afin d’éviter tout risque lors de l’utilisation des batteries au lithium.
Dans ce tableau, vous trouverez un résumé des éléments inhérents à chaque formule chimique en termes de sécurité et de valeurs qui la déterminent.
Température de décomposition: plus cette valeur est élevée, plus il est difficile d’atteindre la température de décomposition. La cellule de la batterie au lithium est donc plus sûre. Cela renvoie à une situation dans laquelle une augmentation de la température détermine une condition engendrant une hausse supplémentaire de la température, par exemple un effet domino entre les cellules internes de la batterie, également appelé emballement thermique .
Chaleur dégagée: elle est mesurée en joules par gramme et indique l’énergie que peut dégager la cellule de la batterie sous forme de chaleur, participant ainsi à l’augmentation de la température. Plus cette valeur est basse, plus la batterie au lithium est sûre. C’est cette augmentation de la température qui est à l’origine de dégâts plus étendus. L’incendie pourrait ne pas être directement provoqué par la cellule mais être déclenché par les éléments situés à proximité de la batterie, comme des matières plastiques par exemple.
Tests relatifs à la sécurité des batteries : lithium LFP vs lithium NMC
Avec cette vidéo-test, nous essayons de matérialiser ces données et de les tester à travers un exemple concret.
Nous avons réalisé un test d’abus (Nail Penetration Test) en comparant deux formules chimiques différentes : la formule chimique au lithium LFP à gauche et la formule chimique au lithium NMC à droite.
Nail Penetration Test
Les tests de pénétration de clou sont un excellent exemple de tests de sécurité effectués sur les batteries au lithium : ils ont pour but de simuler les court-circuits internes aux cellules et d’en voir l’évolution. Nos techniciens du laboratoire R&D réalisent souvent ce test de pénétration car il nous permet d’évaluer de manière optimale la sécurité de la cellule.
Lors de ce test, un clou est inséré dans la batterie témoin.
De cette manière, la perforation simule un court-circuit interne et permet de s’assurer que la batterie ne prend pas feu ou qu’elle n’explose pas.
La probabilité pour qu’une cellule soit perforée lors de l’utilisation courante dans une batterie au lithium installée sur des véhicules électriques et des machines industrielles est très basse. Néanmoins, nous prenons ce test en considération car il simule la pire situation pouvant se produire dans une cellule, à savoir un court-circuit interne qui pourrait survenir en cas de défauts de fabrication ou d’abus.
Test de perforation: Flash Battery vs Other Chemistry
Comme vous l’avez remarqué, les réactions au test de pénétration sont complètement différentes, aussi bien au niveau du temps de propagation qu’au niveau des températures atteintes.
Si nous considérons le fait que ces cellules sont très proches les unes des autres au sein d’une batterie au lithium, nous comprenons que les formules chimiques les moins sûres atteignent des températures très élevées (> 550 °C dans le cas de la vidéo).
En raison de la proximité des cellules, ces températures élevées peuvent déclencher une réaction en chaîne, causant l’incendie de la batterie toute entière, comme ce fut le cas pour la batterie utilisée par Boeing. (* voir l’image de la batterie Boeing sur).
« J’ai eu l’occasion, à plusieurs reprises, de voir des batteries d’autres fabricants sur le marché dans lesquelles les pôles des cellules avaient fondu en raison d’un problème de contact. J’ai pu constater que le système électronique n’était pas en mesure de le remarquer et de sécuriser la batterie. »
Flash Battery a d’abord vu le jour dans le but de résoudre les problèmes concernant l’électronique qui affectaient la fiabilité et la sécurité des batteries au lithium. Ces éléments ont été notre point de départ.
La mesure de la température devait être réalisée de manière plus généralisée et aux endroits appropriés afin de vérifier également les résistances de contact. C’est pour cette raison que chaque cellule des batteries Flash Battery présente deux capteurs de température. Par exemple, une batterie de 96 V, c’est-à-dire avec 30 cellules en série, contient 60 capteurs de température.
Avec plus de 10.000 batteries dans le monde, Flash Battery détient un record important : aucun de ses produits n’a rencontré de problème de sécurité.
C’est pour cette raison que ses batteries sont utilisées par des entreprises multinationales très sensibles au risque d’incendie, comme les papeteries par exemple.
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