Au cours des deux dernières décennies, batteries lithium-ion ont été largement utilisés dans les appareils portables tels que les téléphones, les ordinateurs portables et les alimentations portables en raison de leurs performances exceptionnelles. Ils sont appréciés pour leur densité énergétique élevée, leur longue durée de vie, leur effet mémoire minimal et leur conception de forme contrôlable, et le rôle qu’ils jouent dans la vie des gens est extrêmement important.
De plus, au cours des cinq dernières années, les batteries lithium-ion sont également devenues reconnues comme la meilleure source d'énergie pour les véhicules électriques hybrides (HEV), les véhicules électriques hybrides rechargeables et les véhicules électriques. Cependant, tout en étant très pratiques, les batteries lithium-ion présentent également certains dangers potentiels, et des accidents causés par combustion et explosion se produisent parfois.
Alors que les batteries lithium-ion occupent une place de plus en plus importante dans la vie des gens, leurs performances en matière de sécurité attirent de plus en plus l’attention. Nous expliquerons ici pourquoi les batteries lithium-ion continuent d’être l’une de nos sources d’énergie les plus fiables et ce qui est fait pour garantir leur sécurité.
Table des matières
Pourquoi les batteries lithium-ion font partie intégrante de notre vie quotidienne
Problèmes de sécurité des batteries lithium-ion
L'indice d'évaluation des performances de sécurité des batteries lithium-ion
Stratégies d'amélioration de la sécurité des batteries lithium-ion
Recommandations d'utilisation et d'entretien de la batterie
Pourquoi les batteries lithium-ion font partie intégrante de notre vie quotidienne
Depuis la fin du XIXe siècle et le début du XXe siècle, avec les progrès de la science et de la technologie et la nécessité du développement industriel, l'énergie électrique est devenue une source d'énergie indispensable à l'homme. Nous recherchons et développons depuis longtemps des dispositifs capables de stocker efficacement l’énergie électrique, en essayant des condensateurs, le stockage d’énergie à air comprimé, le stockage d’énergie à air liquide, etc., pour finalement nous contenter de batteries chimiques.
La première batterie chimique remonte à la batterie au plomb au XIXe siècle. Puis, après 19 ans de développement continu, la batterie lithium-ion est née. En raison de leur densité énergétique élevée, de leur durée de vie élevée, de leur faible pollution environnementale et d’autres facteurs, les batteries lithium-ion sont rapidement devenues les batteries les plus utilisées dans le monde.
Les batteries lithium-ion sont désormais utilisées dans divers domaines, notamment dans les secteurs de l'énergie, des communications, de la recherche scientifique, de l'aérospatiale et des industries émergentes. Selon les statistiques, en 2016, la capacité du marché chinois des batteries lithium-ion était de 65.4 GWh et, au cours des cinq années suivantes, elle a augmenté pour atteindre 324.0 GWh en 2021. Entre 2016 et 2020, la part de marché mondiale des entreprises chinoises de batteries au lithium est passée de 50 % à 73%. Puis, du fait de l’impact de l’épidémie, ce chiffre est tombé à 70 %.
Problèmes de sécurité des batteries lithium-ion
Risques dans le processus de production
Le lithium a des propriétés chimiques extrêmement actives, donc dans le processus de production, le matériau de l'électrode et l'électrolyte des batteries lithium-ion à mesure que la température interne augmente, ce qui présente un risque pour la sécurité. D'autre part, l'utilisation d'un système électrolytique, en raison de la faible tension de décomposition du solvant organique, est facile à oxyder, provoquant un incendie ou même une explosion de la batterie en cas de fuite. De plus, la structure du matériau de l'électrode et le choix du diaphragme ou de l'électrolyte, etc., peuvent poser des problèmes de sécurité supplémentaires.
Risques de sécurité lors de l'utilisation
Lors de leur utilisation, les batteries lithium-ion présentent également des risques pour la sécurité. Par exemple, une charge et une décharge excessives pendant l'utilisation peuvent endommager la structure interne de la batterie, entraînant des fuites de la batterie, des incendies et d'autres problèmes. Cependant, avec l’amélioration continue et la maturité de la technologie des systèmes de gestion de batterie (BMS), ces situations sont devenues improbables. De plus, lorsque la batterie lithium-ion est écrasée, percée ou impactée, la structure interne de la batterie peut être endommagée, entraînant des problèmes similaires.
Risques de sécurité lors du recyclage
Avec l’application à grande échelle des batteries lithium-ion, le nombre de batteries retirées du marché augmente également d’année en année. Lors du processus de recyclage des batteries déclassées, des substances toxiques telles que le cobalt et le nickel peuvent s'échapper des batteries, constituant ainsi une menace pour l'environnement et la santé humaine. Si la structure interne de la batterie est endommagée ou si l'énergie électrique résiduelle est libérée, le risque d'incendie devient également plus probable.
L'indice d'évaluation des performances de sécurité des batteries lithium-ion
Ci-dessous, nous examinerons l’indice d’évaluation de sécurité des batteries lithium-ion pour mieux comprendre ce qu’indiquent les différentes évaluations :
IEC62133 est la norme de test de sécurité pour les batteries et batteries lithium-ion, ainsi que l'exigence de sécurité pour tester les batteries secondaires et les batteries contenant des électrolytes alcalins ou non acides. Il est utilisé pour tester les LiB utilisés dans l'électronique portable et d'autres applications. La norme IEC62133 traite des risques chimiques et électriques et des problèmes mécaniques tels que les vibrations et les chocs qui peuvent constituer une menace pour les consommateurs et l'environnement.
ONU/DOT38.3 (également connu sous le nom de test T1-T8 et UNST/SG/AC.10/11/Rev.5) couvre tous les tests de sécurité de transport pour les LIB, les batteries au lithium métal et les batteries en général. La norme de test comprend huit tests (T1-T8), tous axés sur des dangers spécifiques liés au transport. UN/DOT38.3 est une norme d'autocertification qui ne nécessite pas de tests tiers indépendants, mais le recours à des laboratoires de tests tiers est courant pour réduire le risque de litige en cas d'accident.
IEC62619 couvre les normes de sécurité pour les batteries secondaires au lithium et les blocs-batteries et spécifie les exigences d'application de sécurité pour LIB dans l'électronique et d'autres applications industrielles. Les exigences de test de la norme IEC62619 conviennent aux applications stationnaires et dynamiques. Les applications stationnaires incluent les télécommunications, les alimentations sans coupure (UPS), les systèmes de stockage d'énergie électrique, les commutateurs de services publics, les alimentations de secours et les applications similaires. Les applications électriques incluent les chariots élévateurs, les voiturettes de golf, les véhicules à guidage automatique (AGV), les chemins de fer et les navires, et excluent les véhicules routiers.
UL1642 est la norme UL pour la sécurité des batteries au lithium, qui spécifie les exigences standard pour les batteries au lithium primaires et secondaires utilisées comme sources d'alimentation dans les produits électroniques. La couverture technique comprend les batteries au lithium utilisées par les techniciens professionnels ainsi que celles utilisées par les utilisateurs ordinaires. Les batteries au lithium utilisées par des techniciens professionnels doivent contenir 5 grammes ou moins de lithium métallique par unité de batterie, tandis que le contenu des batteries destinées au grand public ne doit pas dépasser 1 gramme. Les batteries qui dépassent ces normes nécessitent une inspection et des tests plus approfondis pour déterminer si la batterie peut être utilisée aux fins prévues. UL1642 ne couvre pas le risque de toxicité dû à l'ingestion de batteries au lithium ou à l'exposition au lithium métallique due à des dommages ou à une coupure de la batterie.
UL2580 est la norme de sécurité des batteries UL pour les véhicules électriques et comprend un certain nombre de tests, notamment : court-circuit de la batterie à courant élevé, compression de la batterie et compression des cellules de la batterie (verticale).
Stratégies d'amélioration de la sécurité des batteries lithium-ion
Les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans les véhicules électriques, les systèmes de stockage d’énergie, l’électronique grand public et d’autres produits, et leur sécurité est directement liée à la vie des gens. Les accidents de batterie, tels que ceux provoqués par un emballement thermique, des explosions, etc., peuvent entraîner de graves blessures et des pertes matérielles.
Certains développements récents liés à la sécurité des batteries lithium-ion comprennent :
Nouveaux développements technologiques
L’introduction de nouvelles technologies de sécurité, telles que la bande laminée à froid électrolytique nickelée d’Ecovolta composée de connecteurs de batterie, qui déconnecte automatiquement les batteries défectueuses du reste du bloc-batterie lorsqu’un problème survient, contribue à éviter les accidents. De plus, la conception structurelle des batteries est constamment améliorée grâce à des matériaux plus solides et à une technologie d’emballage à haute résistance pour les aider à résister aux chocs externes.
Optimisez les systèmes de gestion de batterie (BMS), renforcez la surveillance en temps réel de l’état d’une batterie, en détectant et en traitant les anomalies en temps opportun. De plus, des matériaux de batterie plus sûrs sont constamment développés et mis en œuvre, tels que des compositions améliorées dans les électrodes positives, les électrodes négatives et les électrolytes, afin de réduire le risque d'emballement thermique.
D'autres stratégies impliquent l'optimisation de la conception des batteries, telles que l'utilisation d'électrodes à couche mince, d'anodes en silicium et d'autres nouvelles technologies pour améliorer la stabilité thermique de la batterie. L'augmentation des dispositifs de protection des batteries, tels que l'ajout de matériaux ignifuges entre les électrodes positives et négatives, de diaphragmes antidéflagrants, etc., contribue également à réduire l'impact des courts-circuits et de l'emballement thermique.
Recherche scientifique
En général, la plupart des batteries lithium-ion sont constituées de membranes en polyoléfine, d'électrolytes organiques liquides (y compris le carbonate de vinyle, le carbonate de diéthyle et le carbonate de diméthyle), de sels de lithium et d'électrodes positives et négatives. La faible stabilité thermique et l'inflammabilité du diaphragme et de l'électrolyte sont généralement considérées comme les principales raisons de la combustion et de l'explosion des batteries lithium-ion. Il est donc très important d’améliorer la sécurité des batteries lithium-ion du point de vue du diaphragme et des électrolytes. D’une part, en incorporant des retardateurs de flamme liquides à base de phosphate, les chercheurs peuvent réduire considérablement l’inflammabilité des électrolytes et améliorer les performances électrochimiques des batteries au lithium. Les radicaux phosphore-oxygène produits à haute température peuvent piéger activement les radicaux libres produits par la combustion pour mettre fin à la combustion. D'autre part, les chercheurs ont développé un nombre important de membranes à base inorganique, qui sont largement utilisées pour améliorer la stabilité thermique et la porosité des membranes, offrant ainsi aux batteries lithium-ion des performances de sécurité plus élevées et d'excellentes performances électrochimiques.
Systèmes de recyclage sonores
Comme nous l'avons mentionné précédemment, avec l'application à grande échelle des batteries lithium-ion, le nombre de batteries mises au rebut augmente également d'année en année, et la mise en place d'un système de recyclage solide des batteries lithium-ion est d'une grande importance pour l'utilisation rationnelle des batteries lithium-ion. ressources naturelles, protection de l'environnement et promotion du développement d'une nouvelle industrie énergétique. La construction d'un système de batterie lithium-ion déclassé implique de nombreux aspects, notamment le stockage et la gestion du transport des batteries, la recherche et le développement de technologies de recyclage, la conception de batteries, la création d'un nouveau système source, la publicité et la vulgarisation. Pour les particuliers, il est également important de compléter les directives de recyclage en toute sécurité par une compréhension du danger des piles et par des pratiques sûres de recyclage des piles conformément à la réglementation.
Bien que les batteries lithium-ion présentent certains risques pour la sécurité pendant le processus de production, d'utilisation et de recyclage, leur sécurité peut être efficacement améliorée en optimisant le processus de production, en renforçant le recours aux conseils et à la supervision et en établissant un système de recyclage et de traitement efficace. À l'avenir, avec les progrès continus de la technologie et l'application de nouveaux matériaux, on pense que les performances de sécurité des batteries lithium-ion seront encore améliorées, apportant plus de confort et de sécurité à nos vies.
Recommandations d'utilisation et d'entretien de la batterie
Charge correcte : Utilisez les chargeurs d'origine de la batterie ou compatibles avec la batterie pour charger et évitez d'utiliser des chargeurs incompatibles. Ne laissez pas la batterie se décharger complètement avant de la charger ; essayez de charger lorsque la batterie est inférieure à 20 %. Lors du chargement, choisissez une charge lente, si elle est disponible, et évitez la charge rapide pour prolonger la durée de vie de la batterie.
Utilisation correcte : Évitez de fonctionner à charge élevée pendant une longue période afin de ne pas provoquer une surchauffe de la batterie. Dans des conditions normales d'utilisation, la batterie doit être maintenue à une température appropriée et ne pas l'exposer à des températures élevées ou basses. De plus, évitez de laisser la batterie en veille pendant une longue période afin de ne pas entraîner une baisse des performances de la batterie.
Stockage: Si vous n'avez pas l'intention d'utiliser la batterie pendant une période prolongée, stockez-la dans un environnement sec et frais (au lieu d'un environnement à température élevée ou basse). Lorsqu’elle est stockée, la puissance de la batterie doit être d’environ 50 % pour prolonger sa durée de vie.
Évitez les charges et décharges excessives : Ne chargez pas la batterie à 100 % et ne la laissez pas se décharger à 0 % – essayez de la maintenir dans la plage de 20 à 80 %. La surcharge et la décharge peuvent réduire la durée de vie de la batterie.
Vérifiez régulièrement les performances de la batterie : Si vous constatez que la durée de vie de la batterie est considérablement réduite ou que ses performances ont diminué, vérifiez ou remplacez la batterie si nécessaire.
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