Batteries lithium-ion : ce qu’il faut savoir pour une utilisation en toute sécurité

Les batteries lithium-ion équipent aujourd’hui beaucoup de nos appareils : outils, voiture, téléphone, petit électroménager, jouets… Plébiscitées pour leur capacité de stockage, leur endurance et leur légèreté, ces batteries présentent cependant un inconvénient : endommagées, elles peuvent s’enflammer. Découvrez, dans cet article, pourquoi la technologie Li-ion est plus sensible que les autres à ce risque d’emballement thermique et quelles précautions prendre pour utiliser ces batteries en toute sécurité. 

La batterie lithium-ion : une technologie plébiscitée

Petite histoire de la batterie lithium-ion

Dans les années 1970, porté par la volonté de concevoir une source d’énergie nouvelle pour faire face à la crise pétrolière, Stanley Whittingham met au point la toute première pile au lithium de l’histoire. Dans la décennie qui suit, John Goodenough, puis Akira Yoshino, vont modifier progressivement cette première ébauche. Leurs travaux permettent à la batterie Li-ion de s’alléger, de gagner en stabilité et en durée de vie. C’est finalement en 1991, que l’entreprise Sony commercialise la première batterie au lithium. 

Les éléments composant une batterie Li-ion

Une batterie Li-ion est l’agrégation de plusieurs cellules comportant chacune les quatre éléments suivants : 

• Une anode (pôle négatif) ; 

• Une cathode (pôle positif) ; 

• Un séparateur, situé entre l’anode et la cathode, permet d’éviter les courts-circuits ; 

• Un électrolyte, solvant dans lequel baigne l’ensemble des composants. 

La cathode est constituée d’oxyde métallique de lithium. Elle intègre des proportions variables de manganèse, de nickel et de cobalt. L’anode est, la plupart du temps, en graphite. 

Il existe trois formats de cellules : pouch, cylindrique et prismatique. 

En forme de poche, la cellule pouch n’a pas d’enveloppe rigide. Cette spécificité la rend très légère, mais sensible aux chocs et aux contraintes qui peuvent l’endommager. 

Les cellules cylindriques, qui ne sont autres que les piles, sont très robustes et réutilisables. Cependant, leur capacité individuelle est limitée et, parallèlement, leur assemblage en module s’avère complexe. 

La cellule prismatique est prisée pour sa grande résistance aux coups et la possibilité qu’elle offre de personnaliser les montages. Associée à des performances énergétiques appréciables, cette modularité en fait une cellule privilégiée pour de nombreux appareils. 

Les batteries Li-ion sont équipées d’un système de gestion électronique : le Battery Management System (BMS). Il protège ces dernières des événements critiques qui pourraient les endommager : surcharge, exposition à des températures extrêmes, surdécharge suivie d’une recharge et court-circuit. Ce système est obligatoire sur l’ensemble des batteries lithium. Il optimise le chargement, évite les surtensions, prolonge la durée de vie et estime le vieillissement. 

Les avantages de la batterie Li-ion

Les batteries lithium-ion possèdent une densité énergétique bien supérieure aux autres technologies. Elles peuvent, par exemple, stocker 4 fois plus d’énergie qu’une batterie nickel-cadmium ! À densité égale, elles pèsent le tiers de leur homologue au plomb. Elles sont, par ailleurs, appréciées pour leur faible taux d’autodécharge (1 à 2 % par mois). Cependant, leur plus gros intérêt repose sur leur longévité : une dizaine d’années, soit le double d’une batterie au plomb. Elles sont capables de supporter jusqu’à 5 000 cycles de charge/décharge, contre 700 pour les technologies plus anciennes. 

Les risques liés à la technologie lithium

Les batteries Li-ion sont constituées de matériaux réactifs plongés dans des électrolytes volatils et inflammables. Ces caractéristiques génèrent des risques notables lorsque ces dernières sont endommagées. L’emballement thermique au sein de la batterie représente le danger le plus important. Lors de cet événement, on observe un déficit de libération de l’énergie qui entraîne une surchauffe. On peut alors constater des ruptures de boîtiers avec des fuites d’électrolytes, l’évacuation de gaz toxiques, des incendies et des explosions. 

Comment utiliser une batterie Li-ion en toute sécurité ?

Les règles à respecter au quotidien

Afin de limiter les risques d’incendies des batteries Li-ion, il existe quelques grands principes à appliquer scrupuleusement : 

• Employer le chargeur d’origine ;
• Ne jamais brancher une batterie qui a subi un choc ; 
• Ne pas recharger une batterie qui est déformée ou fissurée ; 
• Pas d’exposition à des températures supérieures à 60 °C et éviter le rayonnement solaire direct ; 
• Proscrire l’entreposage dans un endroit où il gèle ou qui est trop humide ;
• Retirer la batterie si l’appareil n’est pas exploité pendant une longue période et la stocker à moitié chargée ; 
• Débrancher le chargeur dès que la batterie est pleine ; 
• Ne jamais ouvrir ou percer une batterie ;
• Ne pas jeter une batterie Li-ion dans les ordures ménagères, mais dans des points de recyclage adaptés. 

En tant que particulier, il est vivement déconseillé de stocker les batteries au lithium qui ne sont plus utilisées. Ces dernières doivent être déposées au centre de tri sans attendre. On prendra soin de scotcher les pôles au préalable. Si des fuites sont observées ou qu’un gonflement est visible, la batterie sera emballée dans un sachet plastique. 

La réglementation appliquée au stockage des batteries Li-ion

Trois arrêtés, publiés le 22 décembre 2023, ont modifié ou précisé les dispositions réglementaires s’appliquant aux installations de tri ou de traitement de déchets. Ils visent à prévenir le risque d’incendie et faciliter l’intervention des services de secours le cas échéant. Le stockage des batteries au lithium est soumis à la réglementation 1510 des installations classées pour l’environnement (ICPE) dès lors qu’il atteint un volume de 5 000 m3. Elles sont, en effet, considérées comme produit combustible en raison de leurs composants inflammables. Leur stockage est assujetti à une déclaration et plus le volume entreposé augmente, plus les exigences de sécurité sont fortes. 

Regardez le replay du webinaire Risque Incendie des batteries lithium-ion

Liste des sources :  

• https://aida.ineris.fr/reglementation/1510-stockage-matieres-produits-substances-combustibles-entrepots-couverts 

• https://www.faceaurisque.com/2024/01/08/secteur-dechets-et-securite-incendie-les-arretes-du-22-decembre-2023-1-3/ 

• https://www.mdpi.com/2032-6653/10/4/79 

• https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S037877531530598X?via%3Dihub 

• https://www.ifpenergiesnouvelles.fr/article/modelisation-ameliorer-securite-des-batteries-lithium-ion 

• https://www.techniques-ingenieur.fr/actualite/articles/batteries-lithium-un-risque-dincendie-tres-faible-mais-difficile-a-maitriser-128384/