Les batteries Li-ion : pourquoi et quand présentent-elles un risque de contact chimique pour la personne ?
Depuis quelques années il y a une croissance de l’utilisation des engins de déplacement personnel motorisés (EDPM) équipés d’un moteur non thermique ou d’une assistance non thermique comme les trottinettes, les vélos, les monocycles, les hoverboards et les dispositifs similaires. Comme de plus en plus de véhicules électriques, la plupart des EDPM contiennent les batteries à base de lithium-ion appréciées pour leur excellente longévité et efficacité de stockage d’énergie.
Batteries Lithium-ion, comment fonctionnent-elles ?
Commercialisées depuis les années 90 par Sony, les batteries lithium-ion permettent une transformation de l’énergie chimique en énergie électrique. Elles stockent de l’énergie électrique afin de pouvoir être chargées ou déchargées. Les batteries lithium-ion sont constituées d’une ou plusieurs cellules (compartiments d’énergie). Ces cellules sont protégées par un emballage dont la forme et la taille peuvent varier. Chaque cellule est principalement composée d’une électrode positive (cathode), d’une électrode négative (anode), d’un électrolyte (conducteur d’ions liquide contenant un solvant et un sel conducteur) et d’un séparateur (barrière physique entre l’anode et la cathode).
Le principal composé chimique de la cathode est le lithium métallique comme le dioxyde de lithium-cobalt (LiCoO2). L’anode est essentiellement composée de lithium carbonique comme le graphite. La réaction d’oxydation dans l’anode crée des électrons et la réaction de réduction dans la cathode les absorbe.
Lors d’un chargement de la batterie, les ions de lithium Li+ stockés dans l’électrode positive (cathode) sont transportés par l’électrolyte vers l’électrode négative (anode) tandis que les électrons se déplacent de l’anode vers la cathode. Lorsque la batterie se décharge et produit un courant électrique (l’énergie sous forme d’électricité est évacuée de la cellule de la batterie), les ions de lithium Li+ font le mouvement inverse. Ce courant électrique est ensuite transformé afin de faire fonctionner un moteur ou un appareil électronique.
L’utilisation des batteries Lithium-ion, présente-elle un risque ?
La gestion thermique au sein des batteries lithium-ion joue un rôle important dans leur durée de vie, leur performance et leur risque de sécurité.
La température optimale de fonctionnement d’une batterie au lithium-ion se situe entre 20 et 40°C. Un système de surveillance de température de l’appareil (BMS – Battery management system) est inclus dans la plupart des piles lithium-ion afin d’arrêter leur fonctionnement au-delà d’un seuil de température trop élevé (généralement de 60°C).
Si la température de la batterie augmente au-delà de ce seuil, une décomposition du revêtement de l’anode a lieu. Au-delà de 70°C, l’électrolyte commence à s’évaporer et augmenter la pression dans la cellule ce qui peut causer des défaillances mécaniques à l’intérieur de la pile. La chaleur augmente la vitesse de réaction ce qui augmente encore sa température. Suite à une succession de réactions chimiques exothermiques à l’intérieur de chaque cellule, un emballement thermique peut se déclencher et donner lieu à un effet domino jusqu’à ce que chaque cellule de la batterie soit dégradée. La surcharge, le court-circuit ou la présence d’une chaleur extérieure peuvent causer cet emballement thermique. L’augmentation de la température et de la pression de manière incontrôlée au sein de la batterie résulte en dégradation de l’électrolyte qui peut fuir (liquide ou gaz), s’enflammer et exploser.
L’électrolyte est composé d’un solvant principalement de carbonates organiques et un sel conducteur tel que l’hexafluorophosphate de lithium (LiPF6). Les carbonates organiques sous forme liquide ou gaz présentent un grand risque d’inflammabilité tandis que l’hexafluorophosphate de lithium est nocif en cas d’ingestion et provoque des lésions graves de la peau et des yeux en cas de contact cutané ou oculaire. Il peut également provoquer des lésions aux organes si le contact est prolongé ou répété. Si l’électrolyte fuit et réagit avec l’humidité ou l’eau ou s’il s’enflamme, de l’acide fluorhydrique (HF) sous forme liquide ou de gaz peut être créé. Sa concentration dépendra de la température de la combustion et de la quantité de l’électrolyte enflammé.
L’acide fluorhydrique représente un double danger pour le corps humain. C’est un produit corrosif par les ions H+ de l’acide qui détruisent les couches superficielles du corps humain et très toxique par les ions fluorures F– qui pénètrent en profondeur et provoquent une nécrose cellulaire. La chélation des ions fluorures sur le calcium et le magnésium cause une hypocalcémie et une hypomagnésémie ainsi qu’une destruction des tissus sous-jacents. L’épuisement de ces éléments entraîne un excès de potassium et cause un déséquilibre biologique qui peut se manifester par les arythmies cardiaques.
Plus la concentration de l’HF est élevée, plus vite la victime ressent les conséquences de l’exposition. Par exemple lorsque la concentration de l’acide fluorhydrique est inférieure à 20%, la douleur apparaît seulement 24 heures après le contact avec les tissus. La gravité et les conséquences de l’exposition vont dépendre de la quantité et de la concentration de l’HF et de la surface touchée. Le contact avec HF peut causer des effets systémiques graves (jusqu’à l’arrêt cardiaque,..), des brûlures sévères de la peau, des yeux ou du tube digestif ainsi qu’une irritation des voies respiratoires en cas d’inhalation allant jusqu’à un œdème pulmonaire.
En plus de l’acide fluorhydrique, d’autres gaz toxiques (oxydes de carbone) sont également créés et relâchés lors de la combustion de l’électrolyte.
Que faire et comment se protéger lors de la défaillance d’une batterie lithium-ion ?
Même si les batteries lithium-ion sont fiables et leur risque de combustion est relativement rare, il est important de connaître les conseils de sécurité lors de leur manipulation, stockage ou leur élimination (référez-vous à la notice d’utilisation qui accompagne votre engin électrique). Dans le cas d’une défaillance de la batterie lithium-ion lorsqu’un dégagement des gaz est observé, il est très important de s’en éloigner afin d’échapper aux gaz nocifs, aux flammes et à une éventuelle explosion.
En cas de contact oculaire ou cutané avec l’acide fluorhydrique (gaz ou liquide), il est primordial de commencer la décontamination le plus tôt possible soit à l’aide de l’eau (idéalement dans les 10 secondes suivant la projection) suivi par l’application de gluconate de calcium, soit à l’aide de la solution HEXAFLUORINE®. L’eau est une solution passive et hypotonique qui permet d’enlever le produit chimique présent en surface des tissus biologiques. Après le lavage à l’eau, l’application du gluconate de calcium permet de limiter l’action des ions fluorures.
La solution HEXAFLUORINE® est une solution active et hypertonique. Comme l’eau la solution HEXAFLUORINE® permet une élimination de l’HF à la surface des tissus et à l’inverse de l’eau elle permet l’extraction de l’HF des tissus. La molécule d’HEXAFLUORINE® permet de stopper l’action chimique des ions hydrogènes et fluor. La solution d’HEXAFLUORINE® permet de démarrer immédiatement l’extraction de l’acide fluorhydrique ayant pénétré, et permet d’avoir une plus grande plage d’intervention face à un produit qui peut être mortel. Pour qu’un protocole de décontamination soit efficace, les vêtements et les accessoires doivent être enlevés. Dans tous les cas, un avis médical est impératif.
Attention car même si le feu de la batterie lithium-ion est éteint, il est fréquent que le feu reprenne à nouveau quelques heures ou jours après l’incident initial à cause de l’emballement thermique qui peut survenir à nouveau.
