Sécurité des cellules sodium-ion : que disent vraiment les preuves

Mis à jour le 17 septembre 2026

« Est-ce sûr ? » est la première question qu'on nous pose, et ceux qui la posent ont raison. Une batterie n'est pas un réservoir : c'est un système électrochimique qui stocke de l'énergie sous forme chimique et qui, sollicité au-delà de ses limites, peut la libérer d'un seul coup. La réponse sérieuse n'est pas un adjectif, c'est un protocole d'essai avec ses conditions et son critère d'acceptation.

Cet article décrit les essais de sécurité réussis par les cellules polyanioniques NFPP de la deuxième génération de systèmes Heiwit, avec les protocoles détaillés. Aucun essai n'a d'intérêt sans ses conditions : dire « il réussit l'essai du clou » sans préciser avec quelle aiguille, à quelle vitesse et pendant combien de temps ne signifie rien.

Ce que l'on cherche à provoquer

Tous les essais qui suivent ont une seule cible : l' emballement thermique, en anglais emballement thermique. C'est le mécanisme par lequel une cellule endommagée génère de la chaleur, la chaleur accélère les réactions de dégradation, les réactions génèrent encore plus de chaleur, et le processus s'auto-entretient jusqu'à l'incendie ou à la rupture violente de l'enveloppe.

Un essai de sécurité est donc une tentative délibérée d'amorcer ce cercle : on perce la cellule, on la surcharge, on l'écrase, on la chauffe de l'extérieur. Le critère de réussite n'est pas « rien ne se passe » — il se passe presque toujours quelque chose — mais aucun incendie, aucune explosion, aucune rupture de l'enveloppe.

Il faut dire aussi ce qu'un essai ne démontre pas. Un résultat positif sur cellule unique ne se transfère pas automatiquement au pack batterie complet : la propagation d'une cellule aux cellules voisines est un phénomène de système, et c'est l'objet d'une norme différente, l'UL 9540A, dont nous parlons plus loin.

Les essais, un par un

Pénétration au clou

C'est l'essai le plus sévère et le plus spectaculaire. La cellule se trouve à 25 °C et est complètement chargée, c'est-à-dire dans la condition d'énergie stockée maximale. Une aiguille en acier de 5 mm de diamètre la traverse en son centre géométrique à la vitesse de 25 ± 5 mm/s. L'aiguille n'est pas retirée : elle reste plantée dans la cellule, maintenant le court-circuit entre les couches d'électrode pendant une heure d'observation.

Le résultat enregistré est : ouverture du CID, émission de fumée, aucune explosion, aucun incendie.

Le CID, Current Interrupt Device, est un dispositif mécanique interne à la cellule : lorsque la pression interne dépasse un seuil, un disque se déforme et interrompt physiquement le circuit. C'est la dernière ligne de défense, celle qui agit quand l'électronique ne sert plus à rien parce que la cellule est déjà perforée. Que le CID soit intervenu et que le résultat se soit arrêté à la fumée est exactement le comportement que l'on attend d'une cellule bien conçue.

Surcharge

La cellule, à 25 °C et déjà complètement chargée, est chargée à courant constant 1C jusqu'à 1,5 fois la tension de fin de charge, ou pendant une heure, selon la condition qui se présente la première. Suit une heure d'observation.

C'est le scénario d'une panne grave de l'électronique de contrôle : le BMS n'intervient pas et l'onduleur continue à injecter du courant dans une batterie déjà pleine. Le résultat enregistré est un gonflement de l'enveloppe, aucune fuite de liquide, aucun incendie.

Contrôle thermique

La cellule chargée est chauffée de l'extérieur tandis qu'elle est simultanément chargée à courant constant 1C. Le chauffage se poursuit jusqu'à ce que l'une de ces trois conditions se produise : la cellule entre en emballement thermique, la température atteint 300 °C, ou bien il s'écoule quatre heures.

C'est l'essai qui reproduit l'incendie externe : non pas la batterie qui prend feu, mais la batterie qui se trouve dans un incendie. Trois cents degrés, c'est bien au-delà de la température à laquelle une cellule au lithium part en emballement thermique. Ici aussi le critère est aucun incendie, aucune explosion, aucune rupture, et ici aussi le résultat enregistré s'arrête à l'ouverture du CID et à l'émission de fumée.

Écrasement, court-circuit, four

Lo écrasement reproduit le dommage mécanique — la chute d'un objet lourd, un choc lors du transport ou de l'installation — et exige l'absence de fuites de liquide et d'incendie.

Le court-circuit externe relie les deux bornes avec une résistance négligeable ; le critère, dans ce cas, est sévère d'une autre manière : aucune modification d'aspect, c'est-à-dire que la cellule doit sortir de l'essai visuellement intacte.

La essai en four selon la GB/T 36276-2018, la norme chinoise spécifique aux systèmes de stockage électrochimique raccordés au réseau, soumet la cellule à un maintien prolongé à haute température.

La sécurité qui vient de la chimie, pas des dispositifs

Les essais ci-dessus mesurent le comportement dans des conditions extrêmes. Mais le point le plus intéressant est que la cathode polyanionique rend ces conditions plus difficiles à atteindre, pour trois raisons structurelles.

Elle génère moins de chaleur à courant égal. Lors de l'essai de décharge à courants croissants, à un régime de 4C la cellule NFPP enregistre une surtempérature maximale de 15,5 °C, contre 22,1 °C pour une cellule LFP de référence. Moins de chaleur produite signifie une marge plus large avant que tout mécanisme d'amorçage n'entre en jeu.

Elle tolère la décharge profonde. Faire descendre une cellule au lithium sous sa tension minimale revient à l'endommager de façon permanente et, dans certains cas, à créer les conditions d'une défaillance ultérieure. La chimie polyanionique supporte la décharge profonde sans conséquences structurelles.

Elle peut être amenée à zéro volt. C'est la conséquence la plus singulière du fait que, dans les cellules au sodium, Les deux collecteurs de courant peuvent être en aluminium — alors qu'une cellule au lithium nécessite du cuivre à l'anode, qui se corrode irréversiblement si la tension descend trop bas. Une cellule au sodium peut donc être complètement déchargée à zéro volt pour être stockée ou transportée, puis rechargée sans dommage. Une batterie transportée déchargée est une batterie qui n'a pas d'énergie à libérer.

Les certifications des cellules

Outre les essais ci-dessus, les cellules disposent des rapports et certificats suivants :

• IEC 62619 — exigences de sécurité pour les cellules et batteries secondaires au lithium et à d'autres systèmes alcalins destinées aux applications industrielles. C'est la norme internationale de référence pour le stockage stationnaire.
• UL 9540A — méthode d'essai pour la propagation de l'emballement thermique dans les systèmes de stockage. Elle répond à la question que les essais sur cellule unique n'abordent pas : que se passe-t-il pour les cellules voisines. C'est le document que les pompiers et les compagnies d'assurance demandent pour les installations de taille significative.
• ONU 38.3 — essais obligatoires pour le transport de batteries : altitude, cycle thermique, vibration, choc, court-circuit externe, surcharge.
• RoHS e fiches de sécurité des matériaux — absence de substances dangereuses et composition déclarée.
• Certifications pour le transport maritime et aérien de marchandises dangereuses.

Le système, et pas seulement la cellule

Une dernière précision, car c'est la confusion la plus courante. Les essais et les certifications décrits ici concernent les cellules. Le système de stockage complet — pack batterie, BMS, électronique de gestion et onduleur — fait l'objet d'une qualification distincte, qui comprend la directive Basse Tension, la directive sur la compatibilité électromagnétique et les règles nationales de raccordement au réseau.

Les deux choses sont complémentaires et aucune ne remplace l'autre : une excellente cellule dans un système mal conçu reste dangereuse, et un système bien conçu ne peut pas compenser une cellule instable.

Questions fréquemment posées

Les cellules au sodium peuvent-elles prendre feu ?

Toute cellule qui stocke de l'énergie peut la libérer de façon incontrôlée si elle est suffisamment sollicitée. La différence réside dans le seuil et dans le comportement au-delà de ce seuil. Lors des essais décrits — perforation avec l'aiguille laissée à l'intérieur pendant une heure, surcharge à 1,5 fois la tension de fin de charge, chauffage jusqu'à 300 °C — le résultat s'est arrêté à l'émission de fumée, sans incendie ni explosion.

Qu'est-ce que le CID ?

Current Interrupt Device: un disque métallique interne qui se déforme lorsque la pression à l'intérieur de la cellule dépasse un seuil, interrompant physiquement le circuit. Il agit de manière purement mécanique, sans électronique, et constitue la dernière protection disponible lorsque la cellule est déjà compromise.

Pourquoi parle-t-on de stockage à zéro volt ?

Parce que dans les cellules au sodium, les deux collecteurs de courant peuvent être en aluminium, tandis que le lithium exige du cuivre à l'anode, qui se corrode si la cellule se décharge trop. Une cellule au sodium peut donc être transportée et stockée complètement déchargée, c'est-à-dire sans énergie à libérer, puis rechargée sans dommage.

La cellule certifiée suffit-elle à rendre l'installation sûre ?

Non. La sécurité est une propriété du système complet : cellule, pack, BMS, électronique et installation dans les règles de l'art. Les certifications de cellule sont la base nécessaire, pas la garantie finale.