Les batteries lithium-ion alimentent de nombreuses technologies modernes, des smartphones aux véhicules électriques. Cependant, leur utilisation massive a mis en évidence des enjeux de sécurité, en particulier le risque d’emballement thermique : une réaction en chaîne dans laquelle une surchauffe interne peut entraîner une inflammation et des incendies intenses, difficiles à éteindre.
Les tendances récentes montrent une hausse des incidents liés aux incendies de batteries lithium-ion. Rien qu’au Royaume-Uni, les services d’incendie ont signalé une augmentation de 46 % de ce type de feux en 2023 par rapport à l’année précédente, impliquant des appareils tels que des vélos électriques, des trottinettes électriques et des véhicules électriques. Cela souligne l’urgence de mettre en place des mesures de sécurité avancées pour maîtriser efficacement ces risques.
Comment les matériaux réfractaires interrompent la réaction en chaîne
L’emballement thermique se produit lorsqu’une batterie lithium-ion subit un dommage ou un court-circuit, déclenchant une boucle de rétroaction entre chaleur et réactions chimiques pouvant conduire à un incendie ou à une explosion. Dans les packs de batteries de véhicules électriques, constitués de nombreuses petites cellules reliées entre elles, un problème dans une seule cellule peut rapidement se propager à l’ensemble du pack s’il n’est pas correctement contenu.
Les matériaux réfractaires jouent un rôle essentiel dans la réduction de l’emballement thermique grâce à leur haute résistance à la chaleur et à leur fonction de barrières physiques, qui permettent de contenir et de limiter la propagation de la chaleur et des flammes. Ces matériaux améliorent la sécurité incendie en ralentissant la propagation de l’emballement thermique, donnant aux occupants un temps précieux pour évacuer le véhicule.
Aucune technologie ne peut empêcher totalement l’emballement thermique, mais l’intégration de matériaux réfractaires dans les véhicules électriques et les systèmes de batteries industriels 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 l’impact de l’emballement thermique dans les véhicules électriques et les applications de stockage industriel.
Principales solutions réfractaires pour la protection incendie des batteries lithium
Plaque isolante en silicate de calcium
Application : la plaque en silicate de calcium Vitcas est parfaitement adaptée au revêtement des compartiments de batteries dans les véhicules électriques grâce à ses propriétés isolantes et résistantes à la chaleur. Cette plaque isolante supporte des températures élevées jusqu’à 1100 °C et peut servir de barrière thermique robuste.
Avantages :
- Ces plaques améliorent la stabilité thermique en empêchant la propagation de la chaleur entre les cellules, ce qui renforce la sécurité et prolonge la durée de vie des batteries dans les environnements à haute température.
- La plaque de construction pour cheminées assure une isolation thermique efficace, limite les transferts de chaleur excessifs et améliore la sécurité des batteries.
Nappe 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 cœur en fibre biosoluble 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 pose entre les cellules ou comme couche extérieure des packs de batteries.
Avantages :
- Résiste aux hautes températures jusqu’à 1200 °C et empêche la propagation de la chaleur lors d’un 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 ajouter de poids significatif.
Isolation revêtue d’aluminium
Application : le feutre isolant revêtu d’aluminium Vitcas est idéal pour envelopper les packs de batteries de véhicules électriques ou les cellules individuelles, en apportant une couche supplémentaire de protection thermique afin de contenir la chaleur et de prévenir l’emballement thermique. La couche de feuille d’aluminium agit comme un écran protecteur supplémentaire qui réfléchit la chaleur rayonnante.
Avantages :
- Réduit le transfert de chaleur entre les cellules et les composants environnants.
- Léger et flexible, il se met facilement en place dans les compartiments de batteries compacts.
- Renforce la sécurité en agissant comme un écran thermique haute température jusqu’à 550 °C, tandis que la résistance thermique du revêtement en feuille d’aluminium est de 300 °C.
Protection incendie des batteries lithium dans les installations de stockage industriel
Dans les environnements industriels tels que les usines et les entrepôts, la protection incendie des batteries lithium-ion nécessite plusieurs solutions réfractaires :
Plaque isolante en silicate de calcium
Application : la plaque isolante en silicate de calcium Vitcas est idéale pour habiller les murs, sols et plafonds des zones de stockage de batteries lithium, en créant une barrière durable et résistante à la chaleur pour la protection incendie.
Avantages :
- Assure une excellente isolation thermique et réduit le transfert de chaleur entre les batteries stockées.
- Conserve son intégrité structurelle à haute température, jusqu’à 1100 °C, pour une fiabilité durable.
- Légère et simple à installer, elle convient aux aménagements de stockage 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 lithium individuels, offrant une isolation thermique et un confinement supérieurs dans les unités de stockage.
Avantages :
- Forme une barrière résistante aux hautes températures jusqu’à 1200 °C, isole les packs de batteries et limite la propagation de la chaleur.
- La couche de feuille d’aluminium réfléchit la chaleur rayonnante, améliorant le confinement et la gestion thermique.
- Légère, flexible et facile à appliquer, elle permet des configurations de stockage efficaces.
Isolation revêtue d’aluminium
Application : le feutre aluminisé Vitcas est idéal pour envelopper des compartiments de batteries ou des unités de stockage complètes, en servant d’écran efficace contre la chaleur rayonnante et d’isolant thermique. Le feutre isolant résiste jusqu’à 550 °C, tandis que la couche d’aluminium résiste jusqu’à 300 °C.
Avantages :
- Associe une isolation thermique robuste à la réflexion de la chaleur rayonnante afin de réduire l’accumulation de chaleur.
- Flexible et facile à installer, il s’adapte à différentes configurations de stockage.
- Léger et durable, il apporte une couche supplémentaire de protection thermique aux systèmes de stockage de batteries lithium.
Conseil d’expert : un compartimentage adapté à l’intérieur des unités de stockage limite la propagation de la chaleur et des flammes entre les batteries. Cette approche assure une protection incendie robuste, améliore la sécurité du personnel et des équipements, et réduit le risque de dommages liés au feu dans les zones de stockage de batteries lithium-ion.
Protection contre l’emballement thermique dans les véhicules électriques
Barrières thermiques
Pour une approche intégrée, combinez une nappe biosoluble avec des revêtements réfractaires, par exemple un isolant pour conduit de fumée revêtu d’aluminium, afin de créer des barrières thermiques dans les compartiments de batteries. Ces barrières thermiques contribuent à réduire le transfert de chaleur entre les cellules, offrant aux occupants un temps supplémentaire pour évacuer en sécurité le véhicule ou l’installation de stockage en cas d’incendie de batterie lithium-ion.
Étanchéité des interstices
Une étanchéité correcte empêche la propagation des feux de lithium à l’intérieur du pack de batteries. De nouvelles solutions innovantes visent à créer un caisson étanche à l’eau qui empêche les courts-circuits. Cela nécessite une attention particulière à la surface d’étanchéité du pack de batteries, qui doit être alignée avec la structure du caisson et le joint d’étanchéité. Pour y parvenir, l’usinage de précision du couvercle supérieur et du fond inférieur du caisson de batterie est essentiel. De plus, l’application d’un mastic-colle comme la colle Vitcas CFA sur les pièces métalliques assemblées et l’utilisation de joints de compression réalisés dans des matériaux appropriés, tels que le caoutchouc EPDM, contribuent à maintenir 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 :
Cales de compression :
- Les cales de compression assurent un soutien structurel et une protection incendie pour les cellules pouch. Elles maintiennent les connexions thermiques et électriques dans les packs de batteries lithium-ion tout en permettant la dilatation pendant la charge ou en cas de températures extrêmes. Les recherches montrent qu’une pression faible à moyenne, de 0,08 MPa à 0,4 MPa, peut prolonger la durée de vie des batteries en optimisant leur comportement au vieillissement. Associées à des couches non combustibles et résistantes à la chaleur, les cales de compression renforcent également la sécurité en isolant contre l’emballement thermique, une caractéristique essentielle dans les grands packs de 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 bonne intégrité structurelle pour les packs de 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 courants comprennent le silicone pour la résistance aux hautes températures, l’époxy pour une forte adhérence et le polyuréthane pour une isolation plus souple et économique, chacun étant choisi selon les exigences de performance spécifiques.
Conclusion : construire un avenir plus sûr pour les véhicules électriques
Les avancées 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’isolant aluminisé pour conduit de fumée permettent aux fabricants de véhicules électriques de concevoir des systèmes de batteries plus robustes et plus sûrs.
Cette approche réfractaire intégrée 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.
