Par Frédérick Bourgeois, ing., M.Sc.A
Les batteries lithium-ion font maintenant partie intégrante d’objets communs que nous utilisons tous les jours, comme des montres connectées, des outils, des automobiles, des ordinateurs, etc. Ces batteries ont souvent une apparence assez simple, soit de forme cylindrique ou rectangulaire, et sont encastrées dans des boîtiers de plastique ou des poches installées et intégrées à l’intérieur d’appareils électroniques, etc.
Les boîtiers de ces batteries cachent bien leur conception et leur construction. Comme pour d’autres genres de piles, ce type de batterie est normalement composé d’une anode et d’une cathode. Dans le cas de pile lithium-ion, les anodes sont typiquement en graphite et les cathodes fabriquées avec des oxydes complexes. Ces composants sont respectivement déposés en couches très minces sur des collecteurs de courant; typiquement en aluminium pour la cathode et en cuivre pour l’anode. Les deux côtés (anode et cathode) sont séparés par un film plastique.
Les collecteurs de courant et le film séparateur peuvent être superposés pour une batterie rectangulaire ou encore enroulés pour fabriquer un élément cylindrique. Les ions de lithium circulent vers l’anode lors de la charge et vers la cathode lors de la décharge (utilisation de la pile). Ce mouvement des ions est uniquement possible si un électrolyte (liquide ou gel) est ajouté à l’ensemble. Or, dans l’état actuel de la technologie, cet électrolyte est combustible.
Les batteries lithium-ion constituent des ensembles très denses, ayant d’importantes capacités énergétiques et contenant un constituant hautement combustible. Bien que leur processus de fabrication soit très fiable, certaines batteries peuvent contenir des défauts. Vers 2010, le taux de problèmes rapportés avec des batteries lithium-ion était de l’ordre de 1 sur 5 à 10 millions produites. Ces défauts génèrent rarement une défaillance catastrophique. Par ailleurs, les procédés de fabrication actuels sont probablement plus fiables. Des éléments électroniques internes sont aussi ajoutés à certains types de batteries pour éviter les problèmes de chargement inadéquat.
Ainsi, bien que le taux de défaillance soit très faible, il n’est pas nul. De plus, divers types d’endommagements peuvent survenir au cours de la vie d’une batterie. Les composants internes peuvent être endommagés par des chocs (avec ou sans endommagement mécanique des cellules internes par perforation du boîtier), des problèmes de charge ou de décharge, de l’usure, une utilisation à des températures élevées, une utilisation à régime élevé de manière anormalement prolongée, etc. Ainsi, l’état des batteries au cours de leur période d’utilisation et en fin de vie peut grandement varier d’une pile à une autre. L’état de dégradation interne d’une pile ne peut malheureusement pas toujours être caractérisé par un examen visuel de son boîtier de protection. Dans plusieurs cas, les boîtiers n’affichent aucun indice pouvant indiquer une défaillance immédiate. Toutefois, certains composants internes peuvent être altérés, comme le film séparateur (qui peut être perforé, altéré ou endommagé par court-circuit, etc.).
Les piles lithium-ion peuvent être sujettes à des phénomènes d’emballement thermique qui, dans certains cas, vont générer des incendies. De par leur grande capacité énergétique et leur composition interne de ces piles, l’extinction des incendies causés par la défaillance de celles-ci est aussi assez difficile. Une pile défaillante peut également, toujours par emballement thermique, amorcer le même phénomène sur d’autres batteries, si elles sont entreposées à proximité ou en contact direct.
Le recyclage constitue une activité qui comporte des risques d’incendie. Le risque devient plus grand si les batteries sont mal entreposées.
Il est important d’éviter d’entreposer plusieurs batteries, dont des piles lithium-ion, de manière pêle-mêle, dans des contenants combustibles et non scellés. Dans une telle configuration, la défaillance d’une seule batterie est susceptible de provoquer son allumage et de causer d’importants dommages. Mélanger plusieurs types de batteries est aussi problématique, car les piles traditionnelles peuvent aussi allumer des incendies par court-circuit externes. Ce phénomène, qui n’est pas à négliger, est aussi bien documenté. Ainsi, pour éviter les soucis, il est préférable d’entreposer les batteries à recycler dans des contenants métalliques hermétiques, loin d’objets combustibles.