Les batteries lithium-ion alimentent une grande variété de technologies modernes, des smartphones aux véhicules électriques (VE). Leur utilisation généralisée a toutefois mis en évidence certains risques de sécurité, en particulier le risque d’emballement thermique : une réaction en chaîne au cours de laquelle une surchauffe interne peut entraîner une inflammation et des incendies intenses, difficiles à éteindre.
Les tendances actuelles montrent une hausse du nombre d’incendies liés aux batteries lithium-ion. Rien qu’au Royaume-Uni, les services d’incendie ont signalé en 2023 une augmentation de 46 % de ces incendies par rapport à l’année précédente, concernant des équipements tels que les vélos électriques, les trottinettes électriques et les véhicules électriques. Cela souligne la nécessité urgente de mettre en place des mesures de sécurité avancées pour réduire efficacement ces risques.
Comment les matériaux réfractaires interrompent la réaction en chaîne
L’emballement thermique se produit lorsqu’une batterie lithium-ion est endommagée ou subit un court-circuit, déclenchant une boucle de rétroaction entre chaleur et réactions chimiques pouvant mener à un incendie ou à une explosion. Dans les packs batteries des véhicules électriques (VE), composés de nombreux petits éléments interconnectés, un problème sur une seule cellule peut rapidement se propager à l’ensemble du pack s’il n’est pas correctement isolé.
Les matériaux réfractaires jouent un rôle essentiel dans la limitation de l’emballement thermique, car ils offrent une haute résistance à la chaleur et agissent comme des barrières physiques qui aident à contenir et à freiner la propagation de la chaleur et des flammes. Ces matériaux améliorent la sécurité incendie en ralentissant la propagation de l’emballement thermique et en donnant aux occupants un temps précieux pour quitter le véhicule.
Bien qu’aucune technologie ne puisse empêcher totalement l’emballement thermique, l’intégration de matériaux réfractaires dans les systèmes de batteries de véhicules électriques et les installations de stockage industriel améliore nettement le confinement du feu et la gestion thermique. Cet article présente les principales solutions réfractaires conçues pour renforcer la sécurité des batteries lithium-ion et réduire les effets de l’emballement thermique dans les véhicules électriques et les zones de stockage industriel.
Principales solutions réfractaires pour la protection incendie des batteries au lithium
Panneau isolant en silicate de calcium
Application : le panneau en silicate de calcium Vitcas convient parfaitement au revêtement des compartiments batteries des véhicules électriques grâce à ses propriétés d’isolation et de résistance à la chaleur. Ce panneau isolant résiste à des températures élevées jusqu’à 1100 °C et peut servir de barrière thermique fiable.
Avantages :
- Ces panneaux améliorent la stabilité thermique en empêchant la chaleur de se propager entre les cellules, ce qui renforce la sécurité et prolonge la durée de vie de la batterie dans les environnements à haute température.
- La plaque de construction pour cheminées offre une isolation thermique efficace, limite les transferts de chaleur excessifs et améliore la sécurité de la batterie.
Nappe isolante biosoluble avec feuille d’aluminium
Application : la nappe biosoluble Vitcas avec feuille d’aluminium sert de barrière thermique dans les systèmes de batteries de véhicules électriques. Le noyau en fibres biosolubles assure l’isolation et la résistance aux températures extrêmes, tandis que la feuille d’aluminium réfléchit la chaleur rayonnante, ce qui la rend adaptée à une installation entre les cellules ou comme couche extérieure des packs batteries.
Avantages :
- Résiste à des températures élevées jusqu’à 1200 °C et empêche la propagation de la chaleur en cas d’emballement thermique.
- La feuille d’aluminium améliore la réflexion et le confinement de la chaleur.
- Légère, facile à installer et respectueuse de l’environnement, elle assure une gestion thermique efficace sans augmentation importante du poids.
Isolation avec parement aluminium
Application : le feutre isolant Vitcas avec parement aluminium est idéal pour envelopper les packs batteries de véhicules électriques ou les cellules individuelles, en apportant une couche supplémentaire de protection thermique pour contenir la chaleur et prévenir l’emballement thermique. La couche de feuille d’aluminium agit comme un écran de protection supplémentaire qui réfléchit la chaleur rayonnante.
Avantages :
- Réduit le transfert de chaleur entre les cellules et les composants environnants.
- Léger et souple, il s’applique facilement dans les compartiments batteries compacts.
- Renforce la sécurité en agissant comme écran thermique haute température jusqu’à 550 °C (la résistance thermique de la couche de feuille d’aluminium est de 300 °C).
Protection incendie des batteries au lithium dans les zones de stockage industriel
Dans les environnements industriels, comme les usines et les entrepôts, la protection incendie des batteries lithium-ion nécessite une combinaison de solutions réfractaires :
Panneau isolant en silicate de calcium
Application : le panneau isolant en silicate de calcium Vitcas est idéal pour habiller les murs, les sols et les plafonds des zones de stockage de batteries au lithium, où il crée une barrière résistante à la chaleur et durable pour la protection incendie.
Avantages :
- Offre une excellente isolation thermique et limite le transfert de chaleur entre les batteries stockées.
- Conserve son intégrité structurelle à des températures élevées allant jusqu’à 1100 °C, garantissant une fiabilité durable.
- Léger et simple à installer, il convient aux espaces de stockage conçus sur mesure.
Nappe isolante biosoluble avec feuille d’aluminium
Application : la nappe biosoluble Vitcas avec feuille d’aluminium est conçue pour envelopper et isoler les packs de batteries au lithium individuels. Elle offre à la fois une excellente isolation thermique et un bon confinement de la chaleur au sein des unités de stockage.
Avantages :
- Crée une barrière résistante aux hautes températures jusqu’à 1200 °C, isole les packs batteries et limite la propagation de la chaleur.
- La couche de feuille d’aluminium réfléchit la chaleur rayonnante et améliore le confinement ainsi que la gestion thermique.
- Légère, souple et facile à appliquer, elle permet d’organiser efficacement les espaces de stockage.
Isolation avec parement aluminium
Application : le feutre Vitcas avec feuille d’aluminium est idéal pour envelopper les compartiments batteries ou des unités de stockage complètes. Il sert à la fois d’écran efficace contre la chaleur rayonnante et d’isolation thermique. Le feutre isolant résiste jusqu’à 550 °C, tandis que la couche aluminium résiste jusqu’à 300 °C.
Avantages :
- Associe une isolation thermique fiable à la réflexion de la chaleur rayonnante et réduit l’accumulation de chaleur.
- Souple et facile à installer, il s’adapte à différentes configurations de stockage.
- Léger et résistant, il apporte une couche supplémentaire de protection thermique aux systèmes de stockage de batteries au lithium.
Conseil d’expert : un compartimentage correct des unités de stockage limite la propagation de la chaleur et des flammes entre les batteries. Cette approche assure une protection incendie efficace, renforce la sécurité du personnel et des équipements, et réduit le risque de dommages causés par le feu dans les zones de stockage de batteries lithium-ion.
Protection contre l’emballement thermique dans les véhicules électriques
Barrières thermiques
Pour une solution intégrée, combinez une nappe biosoluble avec un revêtement réfractaire, par exemple une isolation de conduit de fumée revêtue d’aluminium, afin de créer des barrières thermiques dans les compartiments batteries. Ces barrières thermiques aident à limiter le transfert de chaleur entre les cellules et, en cas d’incendie d’une batterie lithium-ion, donnent aux occupants davantage de temps pour quitter en sécurité le véhicule ou la zone de stockage.
Étanchéité des interstices
Une bonne étanchéité empêche les incendies de batteries au lithium de se propager à l’intérieur du pack batterie. Les nouvelles solutions innovantes visent à créer un boîtier étanche, résistant à l’eau et capable d’éviter les courts-circuits. Cela nécessite une évaluation minutieuse de la surface d’étanchéité du pack batterie, qui doit s’aligner avec la conception du boîtier et du joint. Pour y parvenir, l’usinage précis du couvercle supérieur et de la partie inférieure du boîtier de batterie est essentiel. En outre, l’application d’un mastic ou d’une colle, comme la colle Vitcas CFA Adhesive, sur les pièces métalliques assemblées, ainsi que l’utilisation de joints de compression en matériaux adaptés tels que le caoutchouc EPDM, permettent de conserver une barrière thermique étanche à l’air et résistante à la chaleur.
Nouvelles tendances dans la conception de la sécurité des véhicules électriques
Les fabricants intègrent de plus en plus de matériaux innovants dans la conception de la sécurité des batteries, notamment :
Coussins de compression :
- Les coussins de compression apportent un soutien structurel et une protection incendie aux cellules pouch. Ils maintiennent la connexion thermique et électrique dans les packs batteries lithium-ion, tout en permettant la dilatation pendant la charge ou sous températures extrêmes. Les recherches montrent que l’application d’une pression faible à moyenne (0,08 MPa à 0,4 MPa) peut prolonger la durée de vie de la batterie en optimisant le processus de vieillissement. Associés à des couches résistantes à la chaleur et incombustibles, les coussins de compression renforcent également la sécurité en isolant contre l’emballement thermique, une caractéristique essentielle pour les grands packs batteries de véhicules électriques sujets à la surchauffe. Cette protection supplémentaire contribue à réduire les risques tout en protégeant les occupants du véhicule.
Mousses d’encapsulation :
- Les mousses d’encapsulation offrent une isolation thermique légère et une intégrité structurelle aux packs batteries à cellules cylindriques. Elles protègent les cellules de batterie contre les chocs, réduisent le transfert de chaleur et aident à prévenir l’emballement thermique. Les matériaux couramment utilisés comprennent le silicone pour la résistance aux hautes températures, l’époxy pour une liaison solide et le polyuréthane pour une isolation plus souple et économique ; chacun est choisi en fonction des exigences de performance spécifiques.
Conclusion : construire un avenir plus sûr pour les véhicules électriques
Les progrès réalisés dans les matériaux réfractaires transforment la sécurité des batteries de véhicules électriques en répondant aux risques d’incendie des batteries lithium-ion. Des solutions telles que la nappe biosoluble, la plaque de construction pour cheminées et l’isolation de conduit de fumée avec parement aluminium permettent aux fabricants de véhicules électriques de concevoir des systèmes de batteries plus robustes et plus sûrs.
Cette approche intégrée fondée sur les matériaux réfractaires améliore la gestion thermique et la sécurité des batteries, renforce la confiance dans la technologie des véhicules électriques et soutient une mobilité durable. En intégrant des mesures de sécurité de pointe, l’industrie du véhicule électrique établit de nouvelles références et ouvre la voie à un avenir des transports plus écologique et plus sûr.
