Batterie Lithium. Video : perforation de cellule lithium, explosera, explosera pas ?

Le test de pénétration, ou test du clou, implique de perforer une cellule lithium chargée pour simuler le pire des incidents, la perforation ou destruction de l'enveloppe.

Lors de la perforation, le clou perfore le séparateur et met en contact anode et cathode par l'intermédiaire de l'électrolyte et du clou. 

Ce test montre aussi ce qu'il advient quand une batterie lithium déclenche, pour cause de vieillissement accéléré et d'apparition de dendrites, un court-cuircuit interne. Les anodes des batteries NMC et LFP contiennent du carbone qui, sous l'effet des charges rapides, s'accumule jusqu'à former des sortes de stalagmite ou stalactite qui vont perforer le séparateur. Le séparateur qui est ici perforé par un clou.

La perforation de la caisse d'une batterie et de l'enveloppe d'une cellule est probablement à l'origine de l'incendie à bord d'un cargo de transport de yachts, du Silent Yacht à l'origine du départ de feu.

Ces incidents produisent alors des accidents.

Les effets sont très variables selon les chimies lithium considérées. 

Nous avons choisi deux vidéos pour illustrer ces différences.

La première, ci-dessous, montre les effets comparés de la perforation de cellules lithium NMC et LFP de 50 Ah. Les cellules NMC sont réputées pour leur densité énergétique (rapport poids capacité) plus importante que celle des LFP dont le leur est (légèrement) supérieure à celle des LTO.

La cellule NMC explose instantanément. La cellule LFP chauffe doucement.

Sur cette seconde vidéo, le même test a été appliqué à une cellule LTO, lithium titane oxyde ou lithium titanate.

Ces cellules LTO réagissent d'une manière étonnante. Une première phase du court-circuit voit monter la température sans jamais atteindre les 100°C et la tension baisser. Lors de la seconde phase, une zone résistive se crée dans la cellule au niveau du court-circuit, qui "isole" le court-circuit en limitant le courant.

La troisième phase signe la fin de l'incident avec une chute de la température accompagnée par la chute de la tension de la cellule. Le tout sans fumée, température élevée, extinction, aspersion, refroidissement ou ventilation.

Analyse : La récupération de systèmes "off the shelf" conçus et destinés à l'automobile et la recherche de densité énergétique atteint ses limites en mer. En cas d'accident grave sur un véhicule, il est facile de s'échapper. En mer, c'est une autre affaire. La multiplication des systèmes de sécurité de surveillance, de refroidissement, voire d'extinction ne permet pas de s'affranchir du risque d'incendie et d'explosion qui existe en présence de cellules et de batteries NMC. Elles ne devraient pas trouver leur place sur les navires et à fortiori sur les navires de plaisance dont les normes de constructions sont légères pour le pas écrire laxistes.