Quelles sont les normes de sécurité courantes pour les batteries lithium-ion ?

Les batteries au lithium-ion (LIB) sont des systèmes électrochimiques et mécaniques complexes, soumis à des dizaines de normes de sécurité internationales. Dans cette FAQ, nous aborderons les principaux aspects environnementaux de la sécurité des LIB, passerons en revue les normes de sécurité communes pour les batteries lithium-ion et envisagerons de faire appel à un laboratoire de test de batteries personnalisé pour garantir la sécurité du personnel de test.

De nombreux problèmes de sécurité des LIB proviennent de la sensibilité des appareils à la tension et à la température. Les batteries sont spécifiées pour fonctionner dans une plage de températures de -30 à 55 degrés.

Au-dessus de 55 degrés (jusqu'à environ 80 degrés), les batteries présentent une meilleure capacité de fonctionnement en raison de réactions électrochimiques plus rapides et d'une migration rapide des ions dans l'électrolyte et les électrodes. Dans ces conditions, les réactions secondaires deviennent graves, entraînant une dégradation rapide des capacités. Au-dessus de 80 degrés, les batteries commencent à se détériorer et toute température supérieure à 130 degrés peut faire fondre les composants de la batterie et potentiellement s'enflammer.

La tension de fonctionnement et la température sont deux facteurs affectant la sécurité des batteries au lithium.

La tension de fonctionnement et la température sont deux facteurs affectant la sécurité des batteries au lithium. Cet exemple s'applique aux cellules NCM.

Les basses températures peuvent entraîner de mauvaises performances de la batterie et l'endommager, mais ne présentent généralement pas de risque pour la sécurité. Cependant, une surcharge (tension excessive) peut entraîner une décomposition de la cathode et une oxydation de l'électrolyte, ce qui constitue un problème de sécurité. Une décharge excessive (tension excessive) peut provoquer la décomposition de l'interface électrolyte solide (SEI) sur l'anode et conduire à l'oxydation de la feuille de cuivre, endommageant ainsi davantage la batterie.

Outre les problèmes opérationnels et environnementaux liés à la tension et à la température, les dommages mécaniques peuvent également entraîner des problèmes de sécurité avec les batteries lithium-ion (LIB). Compte tenu de ces préoccupations, les normes de sécurité pour les LIB sont également étendues.

Cinq normes de sécurité courantes pour les batteries-lithium-ion :

1. CEI 62133

2. ONU/DOT 38.3

3. CEI 62619

4.UL1642

5.UL2580

La norme CEI 62133 est une norme de test de sécurité pour les batteries et batteries au lithium-ion, décrivant les exigences de sécurité pour tester les batteries secondaires et les batteries contenant des électrolytes alcalins ou non-acides. Il est utilisé pour tester les LIB utilisées dans les produits électroniques portables et d'autres applications. La CEI 62133 traite des risques chimiques et électriques qui peuvent menacer les consommateurs et l'environnement, ainsi que des problèmes mécaniques tels que les vibrations et les chocs. UN/DOT 38.3 (également connu sous le nom de tests T1-T8 et UN ST/SG/AC.10/11/Rev. 5) couvre les tests de sécurité de transport pour tous les LIB, batteries au lithium métal et batteries. La norme de test comprend huit tests (T1 – T8), chacun se concentrant sur des dangers spécifiques au transport. UN/DOT 38.3 est une norme d'auto-certification et ne nécessite pas de tests tiers indépendants- ; cependant, le recours à des laboratoires d'essais tiers est courant pour réduire les risques de litige en cas d'incident.

Plusieurs normes courantes d’emballage et de transport sûr pour les batteries au lithium (tableau 1) sont les suivantes :

1. Piles au lithium métal UN3090, transportées en tant que composants

2. UN3480, LIB, transportés en tant que composants

3. UN3091 Piles au lithium métal transportées ou emballées avec un équipement

4. UN3481, LIB transportés ou emballés avec de l'équipement.

De nombreux types de batteries au lithium sont considérés comme des matières dangereuses et nécessitent une manipulation particulière pendant le transport. La CEI 62619 couvre les normes de sécurité pour les batteries secondaires au lithium-ion et les blocs-batteries, spécifiant les exigences d'application de sécurité pour les LIB dans les applications électroniques et autres applications industrielles. Les exigences de test de la norme CEI 62619 s'appliquent aux applications stationnaires et alimentées.

Les applications stationnaires incluent les télécommunications, les alimentations sans coupure (UPS), les systèmes de stockage d'énergie, les commutateurs de services publics, les alimentations de secours et les applications similaires. Les applications motorisées incluent les chariots élévateurs, les voiturettes de golf, les véhicules à guidage automatique (AGV), les véhicules ferroviaires et maritimes-à l'exclusion des véhicules routiers.

UL 1642 est la norme UL pour la sécurité des batteries lithium-ion, spécifiant les exigences standard pour les batteries lithium-ion primaires et secondaires utilisées comme sources d'alimentation dans les produits électroniques.

UL 1642 couvre :

1. Batteries-lithium-ion remplaçables par un technicien contenant 5,0 grammes (0,18 onces) ou moins de lithium métallique. Les batteries dont la teneur en lithium dépasse 5,0 grammes seront jugées en fonction de leur conformité aux exigences (le cas échéant) et soumises à des tests et à une inspection supplémentaires pour déterminer leur adéquation à l'utilisation prévue.

2. Piles au lithium remplaçables par l'utilisateur, chaque cellule électrochimique ne contenant pas plus de 4,0 grammes (0,13 onces) de lithium métallique et pas plus de 1,0 gramme (0,04 onces) de lithium métallique. Les batteries contenant plus de 4,0 grammes ou plus de 1,0 gramme de lithium nécessitent une inspection et des tests plus approfondis pour déterminer si la batterie ou la cellule est adaptée à l'utilisation prévue.

UL1642 ne couvre pas le risque de toxicité lié à l'ingestion de batteries au lithium ni le risque d'exposition au lithium métallique dû à des dommages ou à une coupure de la batterie.

UL2580x est la norme de sécurité UL pour les batteries de véhicules électriques, composée de plusieurs tests, notamment :

Court-circuit de la batterie à courant- élevé : exécutez sur un échantillon complètement chargé. Court-circuitez-l'échantillon en utilisant une résistance totale du circuit inférieure ou égale à 20 mΩ. L'allumage par étincelle détecte la présence de gaz inflammable dans l'échantillon, sans aucun signe d'explosion ou d'incendie. De plus, les vapeurs ne s’échappent pas vers l’extérieur par les évents ou systèmes désignés. Il n'y a aucun signe de rupture du boîtier ou de fuite d'électrolyte observable. Si la LIB reste opérationnelle après un test de court-circuit-, elle subira des cycles de charge et de décharge conformément aux spécifications du fabricant. Les tests de court-circuit-peuvent être effectués sur des sous-composants, et non sur l'ensemble de l'ensemble de stockage d'énergie (EESA).

Écrasement de la batterie : fonctionne sur un échantillon complètement chargé et simule l'impact d'une collision de véhicule sur l'intégrité de l'EESA. Semblable au test de court-circuit, l'allumage par étincelle détecte la présence de concentrations de gaz inflammables dans l'échantillon et il n'y a aucune indication d'explosion ou d'incendie. Aucun gaz toxique n'est libéré.

Écrasement des cellules de batterie (vertical) : fonctionne sur un échantillon complètement chargé. La force appliquée lors du test d’écrasement doit être limitée à 1000 fois le poids de la batterie. Semblable au test d’écrasement, l’allumage par étincelle détecte la présence de concentrations de gaz inflammables dans l’échantillon et il n’y a aucune indication d’explosion ou d’incendie. Aucun gaz toxique n'est libéré.

Chambre d'essai LIB

Le test complet de la LIB est par nature une activité dangereuse. Un dégazage, un incendie ou une explosion sont possibles en raison d'une décharge profonde, de courts-circuits, de températures élevées et de divers types d'abus mécaniques.

Des chambres de test et de stockage LIB spécialement conçues ont été développées pour atténuer le risque de blessure du personnel. Un exemple est une promenade-dans une pièce ignifuge de 90 minutes avec protection incendie interne et externe, qui peut être utilisée comme chambre d'essai ou LIB de stockage (Figure 2).

Les fonctionnalités conçues pour protéger les personnes et l’environnement comprennent :

a) Une surface dépressurisante sur le toit pour équilibrer la pression interne et externe en cas d'accident.

b) Ventilation haute-performance pour une extraction rapide des gaz dangereux ou explosifs.

c) La capacité d'injecter du gaz inerte pour aider à contrôler les réactions dangereuses ou les incendies.

d) Capteurs d'incendie pour avertir des incendies en développement et systèmes intégrés d'extinction d'incendie.

e) Capteurs de gaz supplémentaires pour identifier le dégazage et l'emplacement de capteurs supplémentaires et de relais de signal selon les besoins.

En résumé, la teneur en lithium métallique des batteries lithium-ion signifie qu'elles présentent un danger potentiel pour les utilisateurs de systèmes-alimentés par batterie. Les risques pour la sécurité du LIB incluent une décharge excessive, des courts-circuits, des températures élevées et des abus mécaniques. Il existe des dizaines de normes de sécurité et d'exigences de conception internationales pour les batteries lithium-ion. Cet article présente cinq normes de sécurité courantes pour les batteries lithium-ion, ainsi que quelques considérations de base lors de la désignation d'une chambre de test LIB.