Les batteries externes au lithium-ion sont-elles sûres ?

Pour comprendre les risques liés à la sécurité des batteries externes, nous devons d'abord nous plonger dans leur cœur : le monde des batteries-lithium-ion. Des téléphones mobiles et ordinateurs portables aux batteries externes, la durée de vie de la batterie des appareils électroniques modernes repose sur cet appareil complexe mais-énergivore. Sa création a constitué une révolution dans la technologie des batteries, mais ses caractéristiques inhérentes ont également semé des risques.

1. Les trois composants principaux des batteries lithium-ion

La structure d'une batterie lithium-ion n'est pas complexe. Son noyau se compose de trois parties : l'électrode positive, l'électrode négative et l'électrolyte, ainsi qu'un séparateur et un boîtier, formant un « système de cycle énergétique » fermé.

L'électrode positive est le « réservoir » des ions lithium, jouant un rôle crucial dans leur stockage et leur libération. Actuellement, les deux matériaux d’électrode positive les plus courants sur le marché sont l’oxyde de lithium-cobalt et le phosphate de lithium-fer. L'oxyde de lithium et de cobalt a une densité énergétique plus élevée, ce qui permet aux batteries externes d'être plus petites et plus légères, et est donc largement utilisé dans l'électronique grand public ; cependant, sa stabilité thermique est relativement mauvaise et il est sujet à la décomposition à des températures élevées ou dans des conditions anormales. Les matériaux au lithium fer phosphate (LFP), quant à eux, présentent une stabilité thermique extrêmement élevée et un facteur de sécurité plus élevé, mais ont une densité énergétique plus faible et nécessitent un volume plus important pour la même capacité. Ils sont principalement utilisés dans des applications présentant des exigences de sécurité extrêmement élevées, telles que les véhicules à énergies nouvelles et les dispositifs de stockage d'énergie-à grande échelle.

L'électrode négative, « résidence temporaire » des ions lithium, est principalement constituée de graphite. Le graphite a une structure en couches, comme des « cellules » soigneusement disposées. Pendant la charge, les ions lithium peuvent facilement s'intégrer dans ces « cellules » pour le stockage ; pendant la décharge, ils peuvent se détacher de manière ordonnée des « cellules » et retourner à l'électrode positive. Cependant, si la méthode de charge est inappropriée, les ions lithium peuvent se déposer anormalement sur la surface du graphite, formant des cristaux de lithium métallique dendritiques, ou « dendrites », qui présentent un risque important pour la sécurité.

L'électrolyte, le « canal navette » pour les ions lithium, est généralement un solvant organique, tel que des composés carbonatés. Sa fonction est de permettre aux ions lithium de se déplacer librement entre les électrodes positives et négatives, complétant ainsi la conversion de l'énergie électrique en énergie chimique. Cependant, ce solvant organique est hautement inflammable. Une fois exposé à des températures élevées ou à des flammes nues, il brûle rapidement et peut même se décomposer pour produire de grandes quantités de gaz inflammables. C’est l’une des principales raisons pour lesquelles les batteries au lithium brûlent si intensément.

De plus, à l'intérieur de la batterie se trouve un séparateur de seulement quelques micromètres d'épaisseur, agissant comme un « pare-feu » entre les électrodes positives et négatives, empêchant tout contact direct. Le séparateur est généralement constitué de polypropylène ou de polyéthylène, avec une structure microporeuse qui laisse passer les ions lithium mais bloque les électrons. Cependant, ce « pare-feu » est très fragile et peut perdre sa fonction isolante s'il est soumis à des dommages physiques ou à des températures élevées.

2. Densité énergétique : une épée à double tranchant en matière de commodité et de risque

Le principal avantage des batteries lithium-ion en tant que source d'alimentation privilégiée pour les appareils électroniques modernes réside dans leur ultra-densité d'énergie élevée-, leur capacité à stocker beaucoup plus d'énergie électrique par unité de volume ou de poids que les batteries traditionnelles. Par exemple, une batterie externe de la taille d'une paume-peut avoir une capacité de 10 000 mAh, soit suffisamment pour charger un téléphone portable 2-3 fois, tandis qu'une batterie nickel-cadmium de même capacité peut être plus de trois fois plus grande et plus lourde.

La commodité apportée par cette densité énergétique élevée est évidente- : il n'est pas nécessaire de transporter des batteries externes encombrantes pour sortir ; Les batteries externes peuvent facilement être glissées dans un sac à dos ou une poche, vous permettant de recharger vos appareils à tout moment et en tout lieu. Or, plus l’énergie est concentrée, plus le risque est élevé. Comme les explosifs, une petite quantité d’explosif est relativement sûre, mais si elle est très concentrée, même une petite étincelle peut déclencher une violente explosion. La densité énergétique élevée des batteries lithium-ion comprime essentiellement une grande quantité d'énergie chimique dans un petit espace. Une fois que cette énergie chimique est déclenchée accidentellement, elle sera libérée à un rythme extrêmement rapide, créant un désastre incontrôlable.

3. Système de gestion de batterie (BMS) : un « gestionnaire intelligent » sécurisé

Les batteries externes au lithium de fabricants réputés sont équipées d'un système de gestion de batterie (BMS), qui agit comme un « gestionnaire intelligent » de la batterie externe, surveillant et protégeant l'état de fonctionnement de la batterie.

Les fonctions principales du BMS incluent la protection contre les surcharges, la protection contre les-décharges excessives, la protection contre les courts-circuits et la-protection contre les surchauffes. Pendant la charge, lorsque la batterie est complètement chargée, le BMS coupe automatiquement le circuit de charge pour empêcher les ions lithium excessifs de s'intégrer dans l'électrode négative. Pendant la décharge, lorsque le niveau de charge tombe en dessous d'un seuil de sécurité, la décharge s'arrête pour empêcher l'effondrement de la structure matérielle de l'électrode positive. Si un court-circuit est détecté entre les électrodes positives et négatives, celui-ci coupe immédiatement le courant. Lorsque la température de la batterie dépasse la plage de sécurité, elle lance un programme de refroidissement ou arrête de fonctionner.

Le risque élevé de batteries externes de qualité inférieure est en grande partie dû à l'omission d'un BMS ou à l'utilisation d'un BMS-de très mauvaise qualité. Sans la surveillance de ce « gestionnaire intelligent », la batterie est comme un cheval en fuite ; Lorsqu’une anomalie se produit, les mesures de protection ne peuvent pas être prises à temps, ce qui conduit facilement à un emballement thermique.

ACEY-BMS-1Machine de test BMSest utilisé dans le test de sécurité du panneau de protection de la batterie au lithium, pour détecter si les indicateurs fonctionnels du panneau de protection se situent dans les paramètres raisonnables, pour fournir un ensemble de normes de test au personnel, ce qui favorise l'amélioration de l'efficacité de la production et facilite le contrôle qualité.

La combustion spontanée et l'explosion des batteries rechargeables au lithium-ion sont essentiellement des réactions en chaîne déclenchées par un « emballement thermique ». L'emballement thermique fait référence à l'accumulation continue de chaleur à l'intérieur de la batterie, provoquant une augmentation continue de la température, ce qui déclenche une série de réactions exothermiques, conduisant finalement à un processus de combustion et d'explosion irréversible. Ce processus ne dure généralement que quelques secondes à plusieurs dizaines de secondes, est extrêmement rapide et difficile à interrompre manuellement.

1. Court-circuit interne : une « bombe à retardement » cachée à l’intérieur de la batterie

Les courts-circuits internes sont l'une des principales causes d'emballement thermique, faisant référence au contact direct entre les électrodes positives et négatives de la batterie à travers des impuretés internes ou des dendrites, formant une boucle de courant.

La formation de courts-circuits internes a principalement deux causes : Premièrement, des défauts dans le processus de fabrication. Si des impuretés telles que des débris métalliques sont mélangées à l'électrode positive, à l'électrode négative ou au séparateur pendant la production de la batterie, ces impuretés peuvent devenir des « ponts » entre les électrodes positives et négatives, conduisant à un court-circuit. Deuxièmement, les dendrites se sont formées lors d'une utilisation à long terme-. Pendant la charge, les ions lithium s’incrustent dans la structure en couches du graphite de l’électrode négative. Cependant, si le courant de charge est trop élevé, si le nombre de cycles de charge est trop important ou si un chargeur incompatible est utilisé, certains ions lithium ne parviendront pas à s'intégrer correctement et se déposeront à la place sur la surface de l'électrode négative, formant des cristaux de lithium métallique dendritiques (dendrites). Au fil du temps, ces dendrites se développent et finissent par percer le séparateur de taille micrométrique, reliant les électrodes positives et négatives et provoquant un court-circuit.

Lorsqu’un court-circuit interne se produit, un courant énorme est instantanément généré à l’intérieur de la batterie. Selon la loi de Joule, le courant traversant une résistance génère une grande quantité de chaleur. En quelques secondes, la température interne de la batterie peut atteindre des centaines de degrés Celsius. Cette température élevée provoque une combustion rapide de l'électrolyte, se décomposant en gaz inflammables tels que l'hydrogène et le monoxyde de carbone. La pression interne de la batterie augmente considérablement, provoquant finalement la rupture du boîtier. Les gaz qui s'échappent se mélangent à l'air et, au contact de la température élevée, déclenchent une déflagration.

Lors d'un incident survenu en 2024 impliquant une certaine marque de batterie externe en combustion spontanée, des tests ont révélé que la présence d'impuretés métalliques à l'intérieur de la batterie, après une utilisation prolongée, provoquait un court-circuit interne, conduisant à un emballement thermique.

2. Court-circuit externe : le risque le plus facilement négligé au quotidien

Un court-circuit externe se produit lorsque les bornes positives et négatives d'une batterie sont directement connectées via un objet métallique externe, formant une boucle de courant et générant instantanément des températures élevées.

Les causes des courts-circuits externes sont très fréquentes et proviennent principalement de mauvaises habitudes d’utilisation. Par exemple, placer une batterie externe dans la même poche ou compartiment de sac à dos que des clés, des pièces de monnaie ou des câbles de données peut provoquer un contact accidentel de ces objets métalliques avec les bornes positives et négatives de la batterie externe, créant ainsi un court-circuit. Le risque est encore plus élevé pour les batteries externes sans couvercles de protection sur les ports-l'extrémité pointue d'une clé peut facilement s'insérer dans le port, en contactant simultanément les contacts métalliques positifs et négatifs.

De plus, des ports de batterie externe endommagés ou une isolation cassée des câbles de données peuvent également entraîner des courts-circuits externes. Par exemple, les fils métalliques exposés d'un câble de données peuvent entrer en contact avec le port de la banque d'alimentation, provoquant potentiellement un court-circuit. Les températures élevées générées par un court-circuit externe peuvent enflammer directement le boîtier de la batterie externe ou les matériaux inflammables environnants, provoquant potentiellement un incendie.

En 2023, un étudiant a placé une batterie externe et des clés dans la poche latérale de son sac à dos. En marchant, les touches ont accidentellement bloqué le port de la batterie externe, provoquant un court-circuit externe. Quelques minutes plus tard, le sac à dos s'est mis à fumer. Heureusement, il a été découvert à temps et éteint avec un extincteur, évitant ainsi de graves conséquences.

3. Surcharge et décharge excessive : dangers cachés liés à de mauvaises habitudes de recharge

La surcharge et la-décharge excessive font référence à une batterie dépassant sa capacité nominale pendant la charge ou tombant en dessous de sa capacité minimale de sécurité pendant la décharge. Les deux situations endommagent la structure de la batterie et peuvent entraîner un emballement thermique.

La surcharge est particulièrement dangereuse. Lorsqu'une batterie est complètement chargée, si la charge continue, un excès d'ions lithium est intégré de force dans le graphite de l'électrode négative, provoquant l'effondrement et la rupture de la structure en couches du graphite. Simultanément, les ions lithium en excès précipitent le lithium métallique à la surface de l'électrode négative, réagissant violemment avec l'électrolyte et libérant une grande quantité de chaleur. De plus, une surcharge peut augmenter la pression interne de la batterie, provoquant un rétrécissement ou même une rupture du séparateur, entraînant un court-circuit entre les électrodes positives et négatives.

La principale cause de surcharge est l’utilisation de chargeurs de qualité inférieure ou incompatibles. Par exemple, utiliser un chargeur avec un courant de sortie trop élevé pour charger une batterie externe, ou utiliser un chargeur de qualité inférieure sans protection contre les surcharges. Certains utilisateurs chargent habituellement leur batterie externe pendant la nuit. Même si le BMS d'une banque d'alimentation légitime déconnecte l'alimentation lorsqu'il est complètement chargé, un BMS défectueux ou un chargeur de mauvaise qualité- peut entraîner une surcharge.

Une-décharge excessive est tout aussi dangereuse. Lorsqu'une batterie est trop déchargée, la structure cristalline du matériau de l'électrode positive subit des dommages irréversibles, entraînant une diminution de la capacité de la batterie et la génération d'une grande quantité de chaleur et de substances instables. Laisser une banque d'alimentation complètement épuisée et inactive pendant de longues périodes peut déclencher un risque de décharge excessive.

4. Environnements-à haute température : un catalyseur pour des risques d'explosion accélérés

Les températures élevées sont « l’ennemi » des batteries au lithium, augmentant considérablement la probabilité d’emballement thermique. Les environnements à température élevée-accélèrent les réactions chimiques secondaires internes, réduisent la stabilité du séparateur et rendent l'électrolyte plus sujet à la décomposition et à la génération de gaz.

Les environnements à température élevée-sont courants dans la vie quotidienne : les rebords de fenêtres exposés à la lumière directe du soleil en été peuvent atteindre des températures supérieures à 50 degrés ; l'intérieur d'une voiture garée à l'extérieur peut même dépasser les 60 degrés ; placer une batterie externe à proximité de sources de chaleur comme des radiateurs ou des micro-ondes entraînera également une augmentation de sa température.

Dans des environnements à température élevée, les réactions chimiques à l'intérieur de la batterie s'accélèrent considérablement et le mouvement des ions lithium devient anormalement vigoureux, ce qui entraîne facilement une croissance de dendrites et des dommages au séparateur. Simultanément, l'inflammabilité de l'électrolyte augmente avec la température et il s'enflammera immédiatement au contact même d'une petite étincelle ou de la température élevée générée par un court-circuit.

À l’été 2024, un propriétaire de voiture a placé une batterie externe sur le tableau de bord de sa voiture. Après une demi-journée d’exposition directe au soleil, la batterie externe a explosé, brisant la vitre de la voiture. Les tests ont révélé que la température à l'intérieur de la voiture atteignait 65 degrés, dépassant de loin la température de fonctionnement sûre de la banque d'alimentation (généralement 0 à 45 degrés).

5. L’ensemble du processus de réaction en chaîne de l’emballement thermique

Une fois l’emballement thermique déclenché, il forme une réaction en chaîne irréversible. L'ensemble du processus peut être divisé en quatre étapes :

Étape 1 :Accumulation de chaleur. Qu'il s'agisse d'un court-circuit interne, d'un court-circuit externe, d'une surcharge/décharge excessive ou d'un environnement à température élevée, tout cela entraînera une augmentation de la température interne de la batterie. À ce stade, la batterie peut présenter une légère surchauffe, un gonflement, etc., qui sont des signes avant-coureurs d'emballement thermique.

Étape 2 :Combustion d'électrolytes. Lorsque la température atteint le point d'éclair de l'électrolyte (généralement entre 130 degrés et 200 degrés), l'électrolyte commence à brûler, libérant une grande quantité de chaleur et de gaz inflammable. La température de la batterie augmentera rapidement jusqu'à plus de 500 degrés.

Étape 3 :Explosion de pression. Du gaz inflammable s’accumule continuellement à l’intérieur du boîtier scellé de la batterie et la pression continue d’augmenter. Lorsque la pression dépasse la limite de tolérance du boîtier, celui-ci se rompt et le gaz est éjecté instantanément.

Étape 4 :Déflagration et propagation. Lorsque le gaz inflammable éjecté se mélange parfaitement à l'air, il explose violemment lorsqu'il rencontre les températures élevées à l'intérieur de la batterie ou une flamme nue, produisant une grande quantité de fumée et de flammes. La température de la flamme peut atteindre plus de 1 000 degrés et des gaz toxiques sont produits pendant le processus de combustion, ce qui le rend extrêmement dangereux.

Les risques liés aux batteries externes au lithium ne sont pas inévitables. En maîtrisant les méthodes d’utilisation scientifique, ces risques peuvent être efficacement réduits. De la sélection et de l'utilisation au stockage et à la maintenance, chaque étape comporte des limites de sécurité claires. Le respect de ces limites garantit que la batterie externe reste un « bloc d’énergie » sûr.

1. Sélection : éliminer les risques à la source

La sélection est la première et la plus cruciale étape pour une utilisation sûre. Les batteries externes de qualité inférieure présentent des risques pour la sécurité dès le début de leur production.

• Recherchez la certification 3C. 3La certification C est une certification de produit obligatoire en Chine. En tant que produits électriques, les powerbanks doivent passer la certification 3C pour être vendues sur le marché. Lors de l'achat, vérifiez la présence d'une marque de certification 3C claire et valide sur le boîtier de la banque d'alimentation. La marque doit inclure le numéro de certification, les informations du fabricant, etc. N'achetez jamais de produits sans marque 3C, avec une marque floue ou ceux qui ont été rappelés.
• Choisissez des marques réputées. Donnez la priorité à l'achat de batteries externes de-marques connues telles que Huawei, Xiaomi, Apple et Ugreen, car ces marques ont des processus de fabrication plus standardisés. Donnez également la priorité à l'achat de batteries externes utilisant des batteries de grandes sociétés telles que ATI, EVE Energy, Changhong Energy et Zijian Electronics, car ces fabricants contrôlent strictement la qualité des matières premières et équipent leurs produits de systèmes BMS complets. Évitez d'acheter des produits « trois -non » (produits sans nom, adresse ou date de production du fabricant), car ils sont généralement bon marché, utilisent des batteries de qualité inférieure et des processus de fabrication rudimentaires et n'offrent aucune garantie de sécurité.

• Faites attention à la capacité et aux spécifications. Choisissez une banque d'alimentation avec une capacité adaptée à vos besoins. Généralement, une batterie externe de 10 000 mAh à 20 000 mAh suffit pour les déplacements quotidiens. Vérifiez également les spécifications du produit pour vous assurer que la tension et le courant de sortie correspondent à vos appareils électroniques afin d'éviter les anomalies de charge dues à des disparités.

• Inspectez l’apparence et la fabrication. Lors de l'achat, vérifiez soigneusement si le boîtier de la batterie externe est lisse et en bon état, si les interfaces sont sécurisées et non desserrées et si les boutons réagissent. Si le boîtier présente des bavures, des espaces ou des interfaces desserrées, cela indique une mauvaise fabrication et son achat n'est pas recommandé.

2. Utilisation : Développer de bonnes habitudes

Des habitudes d’utilisation correctes sont essentielles pour éviter les risques. De nombreux accidents de sécurité proviennent d’une mauvaise utilisation.

• Utilisez des accessoires originaux ou qualifiés. Lors du chargement, utilisez le chargeur et le câble de données d'origine de la banque d'alimentation, ou choisissez des accessoires de marques réputées qui correspondent aux spécifications de la banque d'alimentation. Évitez d'utiliser des câbles de données ou des chargeurs universels de qualité inférieure, car ils peuvent avoir un courant instable ou une isolation endommagée, conduisant facilement à une surcharge ou à des courts-circuits.

• Évitez les surcharges et les-décharges excessives. Ne chargez pas la batterie externe pendant la nuit. Il est recommandé de débrancher la source d'alimentation rapidement une fois la batterie complètement chargée. Lors d'une utilisation quotidienne, n'attendez pas que la batterie externe soit complètement épuisée avant de la recharger. Il est recommandé de recharger lorsque le niveau de la batterie est compris entre 20 % et 30 % pour éviter une décharge excessive.

• Tenir à l'écart des environnements extrêmes. Évitez d'utiliser la banque d'alimentation dans des environnements à haute-température, basse-température ou humides. Ne l'utilisez pas et ne le chargez pas à la lumière directe du soleil, dans des voitures chaudes ou dans des salles de bains. Dans des environnements à basse-température, la capacité de la batterie diminuera ; ne forcez pas la charge dans de telles conditions pour éviter d'endommager la batterie.

• Prévenir les dommages physiques. Pendant l'utilisation, évitez tout dommage physique à la banque d'alimentation, comme une chute, une compression, une perforation ou une flexion. Ne placez pas la batterie externe sous des objets lourds, ne la démontez pas et ne percez pas le boîtier de la batterie externe avec des objets pointus.

• Gérer rapidement les situations anormales. Si vous remarquez que la banque d'alimentation devient chaude, bombée, fume ou émet une odeur inhabituelle pendant l'utilisation, arrêtez immédiatement de l'utiliser, débranchez-la et placez-la dans un endroit ouvert et non inflammable pour qu'elle refroidisse naturellement. Ne l'utilisez plus.

3. Stockage et maintenance : prolonger la durée de vie + réduire les risques

Un stockage et un entretien appropriés prolongent non seulement la durée de vie de la batterie externe, mais réduisent également davantage les risques pour la sécurité.

• Maintenir un environnement de stockage adapté. Les batteries externes non utilisées pendant de longues périodes doivent être stockées dans un endroit sec, aéré et frais, avec une température maintenue entre 10 et 30 degrés. Ne stockez pas les batteries externes avec des objets inflammables, explosifs ou métalliques pour éviter les courts-circuits ou les incendies.

• Rechargez régulièrement la batterie externe. Si la batterie externe n'est pas utilisée pendant une période prolongée, il est recommandé de recharger la charge tous les 1-2 mois, en la maintenant à environ 50 %-70 %. Cela protège efficacement la batterie et évite une décharge excessive qui pourrait l’endommager.

• Vérifiez régulièrement son état. Inspectez régulièrement l'apparence, les ports et les câbles de la banque d'alimentation. Si vous constatez des dommages au boîtier, des ports desserrés ou des câbles vieillissants, arrêtez immédiatement de l'utiliser et contactez le fabricant pour une réparation ou un remplacement.

• Ne le modifiez pas vous-même. Ne démontez ni ne modifiez jamais la batterie externe pour obtenir une capacité plus élevée ou des vitesses de charge plus rapides. Les modifications endommageront la structure de la batterie et le BMS, augmentant considérablement les risques pour la sécurité.

L’invention des batteries externes au lithium a grandement facilité nos vies, nous libérant de l’anxiété de manquer d’énergie lorsque nous voyageons, travaillons ou étudions. Cependant, derrière cette commodité se cache un profond respect des limites de sécurité. C'est à la fois une « source d'énergie » entre nos mains et une potentielle « poudrière ». La clé réside dans la capacité à comprendre ses protocoles de sécurité et à respecter les limites de sécurité de son utilisation.

ACEY-MLW-200TMachine de soudage par points laserapplication du soudage d'onglets pour les banques d'alimentation et l'alimentation mobile.

Contactez maintenant