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. 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.

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

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 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.

Surcharges électriques

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.

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 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.

Surcharges thermiques

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.

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.

Répartition en trois classes de performance

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.

Extinction par l'eau

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.

Technologie d'extinction par aérosol

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.