Dans un contexte de forte expansion du marché des batteries lithium-ion, porté par la croissance de la e-mobility, du stockage d’énergie renouvelable et de l’électronique portable, le collage industriel d’éléments de batterie lithium-ion joue un rôle stratégique dans la fiabilité, la sécurité et la performance des systèmes embarqués.
Face aux exigences techniques élevées et multifonctionnelles, les solutions adhésives se positionnent comme des alternatives incontournables.
Lors de la fabrication de batteries, il est important de s’assurer par exemple que le bloc-batterie sera correctement intégré au châssis du véhicule. Cependant, à mesure que les processus évoluent pour améliorer l’installation, optimiser l’espace et réduire la complexité tout en augmentant la cadence des lignes de production, les colles deviennent une solution sans concurrence pour atteindre ces objectifs.
C’est tout naturellement que CLIX Industries s’est positionné sur ce secteur d’activité en proposant son expertise à l’un de ses clients, équipementier automobile de rang 1 de stature internationale.
Les principales étapes furent :
- Une analyse des risques Process comme expliqué dans un précédent article. Nous ne reviendrons pas dessus dans le présent document.
- Une analyse des risques Produit (en tenant compte notamment du risque spécifique électrique lors de la manipulation de batteries)
- Un déploiement de procédures concernant le risque électrique pour le personnel et les infrastructures CLIX ainsi que pour tous les autres produits environnants
- Une formation ADR pour la manipulation et le transport de batteries
- Une étude d’identification/validation/qualification de solutions de collage
- Une réalisation de prototypes
- Une production Pré-Série de Pack batteries à plusieurs centaines d’exemplaires
- Un lancement de production Série de plusieurs milliers d’exemplaires
Enjeux du collage dans les packs de batteries
Les assemblages de batteries requièrent une précision et une résistance accrues pour répondre aux normes de sécurité et aux contraintes mécaniques.
L’assemblage par collage permet ainsi :
- D’assurer l’intégrité structurelle : maintien des cellules, des modules ou des éléments dans des environnements soumis à des vibrations, chocs ou variations thermiques
- D’assurer la dissipation thermique : grâce notamment aux adhésifs thermo-conducteurs
- De réduire le poids, en éliminant des éléments mécaniques lourds
- De combler de petits espaces pour améliorer les performances et la résistance globale
- D’isoler électriquement en évitant les courts-circuits entre les composants sensibles
- De garantir rapidité et fiabilité du process
Applications du collage dans les batteries électriques lithium-ion
Le collage peut être utilisé dans plusieurs applications liées aux batteries électriques comme par exemple :
- Assemblage de cellules et de modules de batteries : les cellules individuelles sont collées pour former des modules ou des packs de batteries.
- Fixation de composants internes : Les composants tels que les séparateurs, les collecteurs de courant et les électrodes sont fixés à l’aide de colles adaptées.
- Étanchéité de boîtiers : Les boîtiers des batteries sont scellés pour éviter les fuites et protéger les composants internes.
Types de colles utilisées
Différentes chimies de colles peuvent être utilisées en fonction des applications et des fonctionnalités recherchées. On peut mentionner par exemple :
- Colles époxy : elles offrent une excellente résistance mécanique, ce qui les rend idéales pour les applications nécessitant une forte adhérence et une durabilité à long terme.
- Colles polyuréthanes : flexibles et résistantes à l’humidité, elles sont souvent utilisées pour des applications où des mouvements et des vibrations peuvent se produire.
- Colles silicones : utilisées pour leur capacité à résister à des températures extrêmes et leur haute flexibilité, elles sont souvent employées dans les joints d’étanchéité.
Exigences normatives et sécurité
Un des aspects importants de ce type de collage est la nécessité de répondre aux normes industrielles et automobiles du marché, afin de garantir la résistance au feu, la propagation thermique et la durabilité en conditions extrêmes. De plus, la sécurité passive doit être garantie par des adhésifs à faible dégagement gazeux et non conducteurs.
Nous pouvons citer par exemple les contraintes prévues dans les normes:
- ISO 26262, norme sur la sécurité fonctionnelle pour l’industrie automobile
- UL 94, norme de référence pour la classification de la résistance à la flamme
- EN45545, norme ferroviaire européenne
- IEC 62133, norme sur les exigences de sécurité pour les batteries secondaires scellées portables batteries à lithium
En plus de ces normes « produits », la sécurité des personnes étant une priorité, tout entreprise ou autre organisation étant liée au transport de matières dangereuses est concernée par la règlementation ADR (Accord for Dangerous goods by Road). Plus précisément, la formation au chapitre ADR 1.3 est obligatoire pour toutes les personnes situées dans la chaîne de transport des marchandises dangereuses. Cela comprend notamment les missions de manutention (réception, emballage, expédition, chargement…).
Conclusion
Le collage industriel de batteries lithium-ion est aujourd’hui un levier clé de performance et d’innovation dans la conception de systèmes énergétiques. C’est un procédé spécial complexe qui nécessite une attention particulière vis-à-vis des matériaux et des process utilisés.
En sélectionnant les bonnes colles et en imaginant des process rigoureux et sécurisés, il est possible de garantir la performance, la sécurité et la durabilité des batteries.