Lorsque la batterie de votre téléphone est faible, l'angoisse de la batterie peut être accablante. De ce fait, les batteries externes sont devenues indispensables en voyage ou en déplacement professionnel, au même titre qu'une carte d'identité ou un portefeuille. Après tout, dans un environnement inconnu, un téléphone à plat est perçu comme une panne de courant. La navigation échoue, les paiements sont refusés et vous ne pouvez contacter personne. Ce sentiment de panique peut vous déstabiliser. Cependant, de récents incidents impliquant des batteries externes qui ont pris feu ont secoué le secteur, suscitant de vives discussions sur leur sécurité. Le 26 juin 2025, l'Administration de l'aviation civile chinoise a publié une nouvelle réglementation interdisant les batteries externes non conformes. L'Administration exigeait qu'elles soient certifiées 3C avant l'embarquement. Le problème a commencé le 20 mars 2025, lorsqu'une batterie au lithium a pris feu dans le compartiment à bagages d'un vol Hangzhou-Hong Kong, provoquant un atterrissage d'urgence.
1 Pourquoi les batteries au lithium prennent-elles feu ?
L'enquête a révélé que l'incendie avait été causé par un court-circuit dans une batterie externe Romoss de 20 000 mAh. Le 31 mai et le 13 juin, deux autres incidents similaires se sont produits en vol. Les problèmes de sécurité liés aux batteries lithium-ion se manifestent souvent par des incendies, voire des explosions. La cause profonde de ces problèmes réside dans l'emballement thermique à l'intérieur de la batterie. De plus, des facteurs externes tels que la surcharge, les sources d'incendie, la compression, les perforations et les courts-circuits peuvent également engendrer des problèmes de sécurité. Le dégagement de gaz est l'un des principaux signes de défaillance des batteries lithium-ion.
Lorsqu'une batterie lithium-ion prend feu, elle dégage rapidement une importante fumée blanche, principalement composée de vapeurs ou de produits de décomposition de l'électrolyte. Aux premiers stades d'un incendie, la différence de couleur de la fumée est l'une des caractéristiques les plus visibles qui distinguent les incendies de batteries lithium-ion des incendies classiques. Après un emballement thermique, les gaz combustibles libérés par la batterie se mélangent à l'air pour former un mélange explosif. En cas d'exposition aux particules à haute température émises par la batterie, une explosion localisée peut se produire, souvent accompagnée de bruits d'explosion au début de l'incendie.
2 mesures pour prévenir les explosions de batteries au lithium
Les problèmes de sécurité liés aux batteries lithium-ion sont complexes et multidimensionnels. Le principal risque réside dans le court-circuit interne aléatoire, qui provoque une défaillance immédiate et un emballement thermique. Par conséquent, le développement et l'utilisation de matériaux à haute stabilité thermique constituent une approche fondamentale pour améliorer la sécurité future des batteries lithium-ion.
1) Améliorer la stabilité thermique des matériaux des batteries
Matériaux cathodiques : La stabilité thermique peut être améliorée en optimisant les conditions de synthèse, en affinant les méthodes de synthèse ou en utilisant des techniques de dopage et de revêtement de surface.
Matériaux d'anode : La stabilité thermique des matériaux d'anode dépend du type de matériau, de la taille des particules et de la stabilité du film SEI (interphase électrolyte solide). La qualité du film SEI influence directement les performances de charge et de décharge, ainsi que la sécurité de la batterie. Une faible oxydation de la surface des matériaux en carbone ou l'utilisation de matériaux en carbone réduits, dopés ou modifiés en surface peuvent améliorer la qualité du film SEI. Les matériaux en carbone sphériques ou fibreux contribuent également à améliorer la qualité du SEI.
Stabilité de l'électrolyte : La stabilité de l'électrolyte dépend du type de sel de lithium et du solvant utilisé. Les sels de lithium présentant une meilleure stabilité thermique et les solvants présentant une fenêtre électrochimique plus large peuvent améliorer la stabilité thermique de la batterie.
2) Amélioration de la protection contre les surcharges
Pour éviter les surcharges, des circuits de charge spécialisés sont généralement utilisés pour contrôler les processus de charge et de décharge de la batterie. Des soupapes de sécurité peuvent être installées sur chaque batterie pour une protection supplémentaire contre les surcharges. Une résistance à coefficient de température positif (CTP) peut également être utilisée, augmentant la résistance interne de la batterie lorsqu'elle chauffe pendant la surcharge, limitant ainsi le courant de surcharge. Des séparateurs spécialisés peuvent également être utilisés. Lorsque la température de la batterie augmente, séparateur augmente trop en raison de conditions anormales de la batterie, les pores du séparateur rétrécissent et se bloquent, empêchant la migration des ions lithium et empêchant la surcharge.
3) Batteries à semi-conducteurs
Les batteries à semi-conducteurs utilisent des électrolytes solides pour remplacer les électrolytes liquides inflammables des batteries liquides traditionnelles. Cela élimine fondamentalement les risques de sécurité liés aux fuites et à la combustion d'électrolytes, augmentant la température d'emballement thermique de 120 °C à plus de 200 °C. Les batteries à semi-conducteurs sont également moins susceptibles de court-circuiter, de prendre feu ou d'exploser lorsqu'elles sont soumises à des forces externes telles qu'une perforation. Même percée d'un clou, coupée ou pliée, la batterie reste stable.
3 Les performances des batteries au lithium
Présentons maintenant les méthodes d'analyse des courbes de charge et de décharge des batteries au lithium, notamment l'efficacité de charge, les caractéristiques de décharge, l'évaluation de la capacité, de la résistance interne et de la durée de vie. L'interprétation des courbes de charge et de décharge permet de mieux comprendre les performances et les caractéristiques de la batterie, fournissant ainsi des indications précieuses pour le choix, l'utilisation et l'optimisation de la batterie.
Les performances des batteries au lithium sont cruciales pour le fonctionnement de divers appareils électroniques et outils électriques. Les courbes de charge et de décharge constituent une méthode clé pour évaluer les performances des batteries au lithium, car elles reflètent visuellement les variations de tension et de courant pendant la charge et la décharge. L'analyse de ces courbes permet d'obtenir des informations sur des paramètres clés tels que la capacité, la résistance interne et le rendement de la batterie, ce qui permet d'optimiser la conception et d'améliorer les performances.
4 Analyse de la courbe de charge des batteries au lithium
La courbe de charge et de décharge d'une batterie au lithium représente la relation entre la tension et la capacité de décharge de la batterie, ainsi que la courbe d'état de charge (SOC). Pendant la charge, la tension augmente progressivement tandis que le courant diminue. La pente de la courbe reflète la vitesse de charge ; plus elle est raide, plus la vitesse de charge est rapide. La zone de plateau de la courbe indique que la batterie est complètement chargée. La tension tend à se stabiliser.
L'efficacité de charge est un indicateur important pour évaluer les performances de charge d'une batterie. Une efficacité de charge élevée signifie que la batterie peut convertir plus efficacement l'énergie électrique d'entrée en énergie chimique stockée. En comparant la capacité de charge réelle (voir la courbe de charge) à la capacité de charge théorique, nous pouvons évaluer l'efficacité de charge. De plus, les pertes d'énergie pendant la charge peuvent être observées afin d'identifier des solutions pour améliorer l'efficacité de charge.
La tension de fin de charge correspond à la valeur de tension lorsque la batterie est complètement chargée. Un réglage correct de la tension de fin de charge permet d'éviter les surcharges et de prolonger la durée de vie de la batterie. L'analyse de la courbe de charge permet de déterminer une tension de fin de charge appropriée pour garantir une charge sûre de la batterie.
5 Analyse de la courbe de décharge des batteries au lithium
Lors de la décharge, la tension diminue progressivement, tout comme le courant. La forme et la pente de la courbe de décharge peuvent fournir des informations importantes sur les performances de la batterie. Une courbe de décharge plus plate indique généralement une bonne stabilité de décharge et une production d'énergie stable. De plus, l'observation du plateau de la courbe de décharge permet de comprendre les variations de tension de la batterie à différentes profondeurs de décharge et d'évaluer sa capacité de décharge.
L'aire sous la courbe de décharge est proportionnelle au temps de décharge. En calculant cette aire, nous pouvons évaluer la capacité de décharge de la batterie. Cette capacité a un impact direct sur la durée d'utilisation et l'endurance de la batterie.
6 Impact de la résistance interne
La résistance interne est la résistance interne de la batterie, qui affecte les caractéristiques de décharge. Une résistance interne élevée entraîne une chute de tension plus rapide et une puissance de décharge réduite. L'analyse de la courbe de décharge permet d'estimer la résistance interne de la batterie et d'évaluer son impact sur ses performances.
7 Évaluation des capacités
La capacité d'une batterie au lithium correspond à la quantité de charge qu'elle peut stocker. Elle est généralement mesurée en milliampères-heures (mAh) ou en ampères-heures (Ah). En intégrant les courbes de charge et de décharge, on peut calculer la capacité réelle de la batterie. De plus, plusieurs cycles de charge et de décharge peuvent être effectués pour observer la perte de capacité et évaluer la durée de vie de la batterie.
Évaluation de la durée de vie en 8 cycles
La durée de vie désigne la capacité d'une batterie à maintenir certains niveaux de performance après plusieurs cycles de charge et de décharge. L'observation de l'évolution des courbes de charge et de décharge sur plusieurs cycles permet d'évaluer la durée de vie de la batterie. Si la forme et les caractéristiques de la courbe restent relativement stables après plusieurs cycles, cela indique une bonne durée de vie. De plus, la perte de capacité au cours du cycle peut être analysée pour prédire la durée de vie globale de la batterie.
Conclusion
La courbe de charge et de décharge d'une batterie au lithium représente la relation entre la tension et la capacité de décharge de la batterie, ainsi que la courbe de capacité restante (SOC). Il s'agit d'une méthode importante pour mieux analyser et évaluer les performances de la batterie. L'analyse de l'efficacité de charge, des caractéristiques de décharge, de la capacité, de la résistance interne et de la durée de vie permet d'obtenir une compréhension globale des performances de la batterie. Cette approche analytique est essentielle pour l'optimisation de la conception des batteries, le contrôle qualité et le choix des applications. En pratique, la combinaison de diverses méthodes de test et techniques d'analyse de données permet une évaluation plus précise des performances des batteries au lithium, garantissant ainsi le fonctionnement fiable de divers appareils électroniques et outils électriques.
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