Sécurité des batteries lithium-ion : évitez les incendies et restez en sécurité

La sécurité des batteries lithium-ion dans les appareils quotidiens est primordiale en raison de leur haute densité énergétique qui, tout en offrant des avantages significatifs en termes de performances, présente également des risques tels que la surchauffe, les incendies et les explosions. Assurer la sécurité de ces batteries est essentiel non seulement pour protéger les utilisateurs, mais également pour prolonger la durée de vie des appareils, renforcer la confiance des consommateurs et se conformer aux normes de sécurité internationales établies par des organisations telles que les Underwriters Laboratories (UL) et la Commission électrotechnique internationale (CEI).​ . Des mesures de sécurité efficaces, notamment des circuits de charge intelligents, une protection thermique et des systèmes robustes de gestion des batteries, sont essentielles pour prévenir les incidents dangereux. Des cas très médiatisés, tels que le rappel du Samsung Galaxy Note 7, mettent en évidence les graves conséquences de protocoles de sécurité insuffisants pour la batterie. De plus, des pratiques appropriées de recyclage et d’élimination sont essentielles pour atténuer l’impact environnemental des batteries lithium-ion, compte tenu des produits chimiques toxiques qu’elles contiennent. Les progrès continus dans la technologie des batteries, tels que le développement de batteries à semi-conducteurs, soulignent les efforts continus visant à améliorer la sécurité et la fiabilité. Ainsi, une approche globale de la sécurité des batteries lithium-ion – couvrant la fabrication, l’utilisation, la maintenance et l’élimination – est cruciale pour l’utilisation durable et sûre de ces puissantes sources d’énergie dans notre vie quotidienne.

Comprendre les incendies de batteries lithium-ion

Les batteries lithium-ion (Li-ion) sont un type de batterie rechargeable couramment utilisé dans divers appareils électroniques en raison de leur densité énergétique élevée, de leur longue durée de vie et de leur efficacité. Voici une brève explication de leur fonctionnement :

Composants et structure

1. Électrodes : Les batteries Li-ion sont constituées de deux électrodes primaires : l'anode (électrode négative) généralement en graphite, et la cathode (électrode positive) constituée d'un oxyde métallique de lithium tel que l'oxyde de lithium et de cobalt (LiCoO2), le lithium fer phosphate (LiFePO4). ), ou de l'oxyde de lithium et de manganèse (LiMn2O4).

2. Électrolyte : L'électrolyte est un sel de lithium dissous dans un solvant organique. Cet électrolyte facilite le mouvement des ions lithium entre l'anode et la cathode.

3. Séparateur : Un séparateur poreux est placé entre l'anode et la cathode pour éviter tout contact direct tout en laissant passer les ions.

Principe de fonctionnement

• Processus de charge : Pendant la charge, une source électrique externe (chargeur) applique une tension aux bornes des électrodes de la batterie. Cela chasse les ions lithium de la cathode à travers l'électrolyte et le séparateur jusqu'à l'anode, où ils s'intercalent dans la structure du graphite. Simultanément, les électrons circulent à travers le circuit externe de la cathode à l'anode, maintenant ainsi l'équilibre des charges.

• Processus de décharge : lorsque la batterie se décharge (c'est-à-dire lorsqu'elle alimente un appareil), le processus s'inverse. Les ions lithium se déplacent de l'anode vers la cathode en passant par l'électrolyte et le séparateur. Ce mouvement libère l'énergie stockée et les électrons circulent à travers le circuit externe de l'anode à la cathode, fournissant ainsi du courant électrique pour alimenter l'appareil.

Avantages et considérations de sécurité

• Haute densité énergétique : les batteries Li-ion peuvent stocker une grande quantité d’énergie dans un petit volume, ce qui les rend idéales pour les appareils électroniques portables.
• Longue durée de vie : ils peuvent être rechargés plusieurs fois avant que leur capacité ne se dégrade considérablement.
• Faible autodécharge : les batteries Li-ion ont un taux d’autodécharge relativement faible par rapport aux autres batteries rechargeables.

Causes courantes d'incendies de batteries lithium-ion

Surcharge

La surcharge d'une batterie lithium-ion peut entraîner une génération excessive de chaleur, provoquant un emballement thermique, une condition dans laquelle une augmentation de la température entraîne de nouvelles augmentations de température. La batterie pourrait alors prendre feu ou exploser. Des pratiques de recharge appropriées et l’utilisation de chargeurs dotés d’une protection contre les surcharges peuvent atténuer ce risque.

Des courts-circuits

Des courts-circuits internes peuvent se produire si le séparateur de la batterie, qui sépare l'anode et la cathode, est endommagé. Cela peut être dû à des défauts de fabrication, à des dommages physiques ou à la pénétration du boîtier de la batterie. Les courts-circuits peuvent entraîner une décharge d’énergie rapide et incontrôlée, produisant de la chaleur et potentiellement provoquer un incendie.

Dommages physiques

Les dommages physiques à la batterie, tels qu'une perforation ou un écrasement, peuvent provoquer un court-circuit ou une déformation des composants internes. Cela peut perturber la chimie de la batterie et entraîner un emballement thermique. Les utilisateurs doivent manipuler les batteries avec précaution et éviter de les laisser tomber ou de les soumettre à des impacts .

Défauts de fabrication

Des défauts dans le processus de fabrication, tels que des impuretés dans les matériaux des cellules ou des erreurs d'assemblage, peuvent créer des courts-circuits internes ou des réactions chimiques instables. Le contrôle qualité lors de la fabrication est essentiel pour prévenir ces défauts.

Surchauffe

L'exposition à des températures élevées peut dégrader les composants internes de la batterie et augmenter le risque d'emballement thermique. Cela peut être dû à des facteurs environnementaux (comme laisser un appareil dans une voiture chaude) ou à une utilisation intensive générant une chaleur excessive. Une bonne gestion thermique et le fait d’éviter les températures extrêmes peuvent aider à prévenir la surchauffe.

Chargement et décharge incorrects

L'utilisation de chargeurs non compatibles avec la batterie ou des pratiques de charge inappropriées, telles que l'utilisation de chargeurs endommagés ou non certifiés, peuvent provoquer une surcharge ou un flux de courant inapproprié. De même, une décharge profonde (permettant à la batterie de se vider complètement) peut également endommager la batterie et conduire à des conditions dangereuses.

Vieillissement de la batterie

À mesure que les batteries lithium-ion vieillissent, leur résistance interne augmente, ce qui peut entraîner des températures plus élevées pendant la charge et la décharge. Les batteries plus anciennes sont plus sensibles à l’emballement thermique et doivent être surveillées pour détecter tout signe de dégradation.

Températures d'incendie typiques

1. Premier allumage :

   • 200°C à 250°C (392°F à 482°F) : L'allumage initial d'une batterie lithium-ion se produit généralement lorsque la température interne atteint environ 200°C à 250°C. Cette température est suffisante pour déclencher un emballement thermique, une réaction auto-entretenue qui conduit à une escalade rapide de la température.

2. Emballement thermique :

   • 500°C à 700°C (932°F à 1292°F) : Lors d'un emballement thermique, la batterie peut atteindre des températures comprises entre 500°C et 700°C. Cette chaleur intense est générée en raison des réactions exothermiques au sein de la batterie, notamment la dégradation de l'électrolyte et d'autres composants.

3. Températures maximales :

   • Jusqu'à 1 000°C (1 832°F) : Dans les cas graves, la température peut atteindre 1 000°C. Ces températures extrêmes peuvent amener la batterie à évacuer des gaz, à enflammer les matériaux environnants et à augmenter considérablement l'intensité de l'incendie.

Facteurs influençant les températures d'incendie

• Taille et capacité des batteries : Les batteries plus grosses ou celles avec des capacités plus élevées peuvent produire plus de chaleur lors d’un incendie.
• État de charge : les batteries complètement chargées ou presque complètement chargées ont tendance à avoir plus d'énergie stockée, ce qui peut contribuer à des températures plus élevées lors d'un incendie.
• Conditions environnementales : La présence de matériaux inflammables et la température ambiante peuvent également influencer la gravité et la température d'un incendie de batterie.

Incendies au Canada et à Toronto

• Vancouver : La ville a connu une augmentation de 500 % des incendies liés aux batteries lithium-ion depuis 2016. Rien qu'en 2022, cinq décès liés aux incendies sur sept ont été attribués à ces batteries. Le service d'incendie de Vancouver a souligné les dangers liés à l'utilisation de marques contrefaites et à une mauvaise manipulation, qui peuvent entraîner une surcharge et un emballement thermique, rendant ces incendies particulièrement difficiles à éteindre​ ( Global News ) ​.
• Toronto : Il y a eu une augmentation de 142 % des incendies de batteries lithium-ion, avec 29 incidents signalés en 2022 contre 11 en 2021. Les incidents notables incluent les incendies de vélos électriques causés par une charge inappropriée et une modification des batteries. Ces incendies résultent souvent d'un emballement thermique, qui peut survenir des semaines après les dommages initiaux à la batterie​ ( CityNews Toronto ) ​​( CityNews Toronto ) ​.
• Ottawa : Les incendies de scooters électriques ont incité les autorités locales à émettre des avertissements pour garantir que les produits répondent aux normes électriques canadiennes et sont correctement entretenus. Une élimination et une manipulation appropriées sont également essentielles à la prévention des incendies dans les installations de gestion des déchets ​ ( CityNews Toronto ) ​.

Sécurité de chargement de la batterie au lithium

Utilisez le bon chargeur

• Chargeur du fabricant : utilisez toujours le chargeur fourni avec votre appareil ou celui recommandé par le fabricant. L'utilisation de chargeurs incompatibles ou non certifiés peut entraîner une surcharge ou un court-circuit​ ( Vélos électriques ) ​​( CityNews Toronto ) ​.

Évitez de surcharger

• Débrancher une fois pleine : retirez la batterie du chargeur une fois qu'elle atteint 100 % pour éviter une surcharge, ce qui peut provoquer une surchauffe et réduire la durée de vie de la batterie. Certains appareils modernes disposent de protections intégrées, mais une surveillance manuelle est toujours recommandée​ ( eBicycles ) ​​( Global News ) ​.
• Chargement intelligent : utilisez des chargeurs intelligents qui coupent automatiquement l'alimentation lorsque la batterie est complètement chargée.

Surveiller les conditions de charge

• Contrôle de la température : Chargez les batteries dans un endroit frais et sec. Évitez de charger dans des environnements extrêmement chauds ou froids, car des températures extrêmes peuvent endommager la batterie et augmenter le risque d'emballement thermique​ ( CityNews Toronto ) ​​( CityNews Toronto ) ​.
• Surface stable : Chargez sur une surface plane et dure pour éviter la surchauffe. Évitez de charger sur des surfaces molles comme des lits ou des canapés qui peuvent emprisonner la chaleur​ ( CityNews Toronto ) ​.

Inspections régulières

• Vérifiez les dommages : inspectez régulièrement la batterie et les câbles de charge pour détecter tout signe d'usure ou de dommage. N'utilisez pas de batteries ou de chargeurs qui présentent des signes de dommages physiques​ ( Global News ) ​​( CityNews Toronto ) ​.
• Remplacez si nécessaire : remplacez les batteries anciennes ou endommagées par des neuves qui répondent aux spécifications du fabricant pour garantir la sécurité et les performances.

Évitez les décharges profondes

• Maintenir les niveaux de charge : essayez de maintenir la charge de la batterie entre 20 % et 80 %. Évitez de laisser la batterie se décharger complètement fréquemment, car une décharge profonde peut nuire à la santé de la batterie​ ( Vélos électriques ) ​​( CityNews Toronto ) ​.

Précautions de sécurité

• Conteneurs résistants au feu : Lorsque vous chargez des batteries, surtout pendant la nuit, pensez à utiliser des conteneurs résistant au feu ou des sacs de chargement conçus pour les batteries lithium-ion.
• Surveillance : Ne laissez pas les batteries en charge sans surveillance pendant de longues périodes, en particulier dans des endroits clos ou mal ventilés​ ( Global News ) ​​( CityNews Toronto ) ​.

Élimination appropriée

• Déchets dangereux : Jetez les piles usées ou endommagées dans les points de collecte des déchets dangereux désignés. Ne les jetez pas avec les ordures ménagères pour éviter d'éventuels incendies lors du traitement des déchets​ ( CityNews Toronto ) ​.

Stockage des piles en toute sécurité

Contrôle de la température

• Plage de température optimale : stockez les batteries lithium-ion dans un environnement frais, idéalement entre 10°C et 25°C (50°F à 77°F). Les températures extrêmes peuvent dégrader les performances et la durée de vie de la batterie​​ ( CityNews Toronto ) ​.
• Évitez les températures extrêmes : Ne stockez pas les batteries dans des endroits où les températures peuvent descendre en dessous de 0°C (32°F) ou dépasser 40°C (104°F). Des températures élevées peuvent provoquer un emballement thermique, tandis que des températures basses peuvent réduire temporairement la capacité de la batterie​ ( CityNews Toronto ) ​.

Niveaux d'humidité

• Faible humidité : stockez les batteries dans un endroit sec et peu humide. Une humidité élevée peut entraîner la corrosion des contacts de la batterie et d'autres composants.

Conteneurs et emplacements de stockage

• Conteneurs résistants au feu : Utilisez des conteneurs résistant au feu ou des étuis de stockage de batteries spécialement conçus pour minimiser les risques en cas d'emballement thermique ou d'incendie.
• Zone ventilée : Stockez les batteries dans un endroit bien ventilé pour dissiper toute chaleur générée et éviter l'accumulation de gaz en cas de fuite.
• Évitez les conteneurs métalliques : évitez de stocker les batteries dans des conteneurs métalliques à moins qu'ils ne soient spécifiquement conçus pour le stockage des batteries, car cela peut entraîner des courts-circuits.

Évitez les dommages physiques

• Manipulez avec soin : stockez les batteries de manière à éviter qu'elles ne tombent, ne soient percées ou autrement endommagées physiquement. Les dommages physiques peuvent entraîner des courts-circuits internes et un emballement thermique​ ( Global News ) ​.
• Séparation des autres objets : Assurez-vous que les batteries sont stockées séparément des objets métalliques et autres batteries pour éviter les courts-circuits accidentels.

Évitez l'exposition à des conditions extrêmes

• À l'abri de la lumière directe du soleil : rangez les batteries à l'abri de la lumière directe du soleil et des sources de chaleur, car une exposition prolongée à la chaleur peut accélérer la dégradation de la batterie.
• Prévenir l'exposition à l'humidité : gardez les batteries à l'écart de l'humidité et de l'eau pour éviter la corrosion et les courts-circuits potentiels.

État de charge pour le stockage

• Charge partielle : Pour un stockage à long terme, maintenez la batterie à environ 50 % de charge. Les batteries complètement chargées ou complètement déchargées peuvent se dégrader plus rapidement lorsqu'elles sont stockées ( CityNews Toronto ) ​.
• Contrôles réguliers : en cas de stockage prolongé, vérifiez le niveau de charge tous les quelques mois et rechargez à 50 % s'il a baissé de manière significative.

Conclusion

Les batteries lithium-ion sont des composants essentiels dans de nombreux appareils électroniques modernes en raison de leur densité énergétique élevée, de leur efficacité et de leur longue durée de vie. Cependant, ils nécessitent une manipulation, un chargement et un stockage prudents pour éviter les risques tels que la surchauffe, les incendies et les explosions. Suivre les meilleures pratiques telles que l'utilisation des chargeurs appropriés, éviter les températures extrêmes et garantir une élimination appropriée peut atténuer ces risques et prolonger la durée de vie de la batterie. Avec des mesures de sécurité appropriées en place, les batteries lithium-ion peuvent continuer à fournir des solutions énergétiques fiables et puissantes pour un large éventail d'applications.

Encouragement à rester informé et proactif dans les pratiques de sécurité des batteries. Il est recommandé d'acheter uniquement des batteries certifiées recommandées par le fabricant du vélo et certifiées par les services compétents.