Waktu dan Tempat Penelitian Variabel Penelitian Pembuatan Lembaran Anoda MCMB Baterai Lithium

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Tempat penelitian dilakukan di Laboratorium Baterai Pusat Penelitian Fisika P2F Serpong Tanggerang Selatan. Penelitian dimulai pada 05 Februari sampai 30 April 2015. Penelitian dilakukan dari penyiapan bahan sampai pembuatan baterai dan pengujiannya. 3.2 Peralatan dan Bahan Penelitian 3.2.1 Peralatan Penelitian Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : 1. Cruicible Berfungsi sebagai tempat mensintering serbuk MCMB. 2. Beaker glass Berfungsi sebagai tempat pencampuran bahan menjadi slurry. 3. Cawan petri Berfungsi sebagai tempat peletakan bahan baku. 4. Sendok Berfungsi sebagai alat untuk mengambil dan memasukkan bahan baku. 5. Aluminium foil Berfungsi untuk melapisi cawan agar serbuk MCMB tidak terkontaminasi dan menutupi beaker glass pada saat pembuatan slurry. 6. Furnace Berfungsi sebagai alat mensintering serbuk MCMB. 7. Timbangan digital Berfungsi sebagai alat untuk menimbang bahan baku. 8. Hot Plate Berfungsi sebagai alat untuk mencampurkan bahan menjadi slurry. Universitas Sumatera Utara 9. Stirrer Berfungsi sebagai pengaduk bahan di atas hot plate. 10. Docter Blade Berfungsi untuk membuat lembaran dan mengeringkan lembaran anoda. 11. Pisau Docter Blade Berfungsi untuk mengukur ketebalan pada saat pembuatan lembaran sesuai dengan yang diinginkan. 12. Mesin Calendering Berfungsi untuk menghomogenisasikan lembaran dan menghilangkan tegangan sisa. 13. Lembaran Kaca Berfungsi sebagai alas memotong lembaran 14. Mesin stacking MSK-112A Berfungsi untuk menggulung lembaraan stacking 15. Mesin welding MSK-800 Berfungsi untuk mengetab lembaran welding 16. Mesin sealing MSK-140 Berfungsi untuk merekatkan casing baterai 17. Alat- alat lain Perlengkapan lain yang digunakan antara lain : penggaris, tissu, pisau, sarung tangan, masker, plastik, kertas label, spidol, multimeter dan lain- lain

3.2.2 Peralatan Karakterisasi

Adapun peralatan karakterisasi yang digunakan dalam penelitian ini yaitu : 1. XRD Berfungsi untuk mengkarakterisasi kristal dan fasa pada serbuk MCMB yang digunakan. 2. SEM Berfungsi untuk mengkarakterisasi morfologi dari serbuk MCMB yang digunakan. Universitas Sumatera Utara 3. Uji CV Cyclic Voltamettry Berfungsi untuk mengetahui reaksi redoks yang terjadi pada baterai. 4. Uji Charge-Discharge Berfungsi untuk mengetahui kapasitas baterai.

3.2.3 Bahan

Bahan- bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : 1. Serbuk MCMB MessoCarbon Microbead teknis merk Lin Yi Gelon, China. Berfungsi sebagai material aktif pembuatan anoda baterai ion lithium. 2. Serbuk PVDF poly vinylidene fluoride teknis merk Kynar Flex, Arkema. Berfungsi sebagai perekat binder pada proses pembuatan slurry. 3. DMAC N-N Dimethyl Acetamid produk KgaA, Jerman. Berfungsi sebagai pelarut pada proses pembuatan slurry dengan komposisi tertentu. 4. Serbuk AB Acytilene Black teknis merk Lin Yi Gelon, China. Berfungsi sebagai zat aditif. 5. Lembar Tembaga Cu- foil Berfungsi sebagai lembaran yang digunakan untuk membuat anoda MCMB. 6. LiCoO 2 komersil Berfungsi sebagai katoda pada sel baterai ion lithium. 7. Separator polyethilene Berfungsi sebagai separator pembatas antara katoda dan anoda pada sel baterai ion lithium. 8. Elektrolit LiPF 6 Produk Lin Yi Gelon, China. Berfungsi sebagai elektrolit untuk menghantarkan ion lithium dari anoda ke katoda atau sebaliknya. 9. Casing baterai Berfungsi sebagai penutup lembaran baterai yang sudah di assembly. Universitas Sumatera Utara

3.3 Variabel Penelitian

Variabel penelitian pada pembuatan lembaran anoda MCMB antara lain : komposisi bahan baku dan treatment suhu kalsinasi pada material aktif. Variasi komposisi pencampuran bahan baku ditunjukkan pada Tabel 3.1. Tabel 3.1 Komposisi Pencampuran bahan baku MCMB : PVDF : AB = 85 : 10 : 5 Kode sampel MCMB gr PVDF gr AB gr Material aktif : Pelarut A 3 0,35 0,17 42,86 B 3 0,35 0,17 33,33 C 3 0,35 0,17 27,27 D T.kal 3 0,35 0,17 33,33

3.4 Prosedur Penelitian

Dalam penelitian ini dilakukan beberapa tahap kegiatan atau pengerjaan yaitu, preparasi dan pembuatan sampel, persiapan alat, pembuatan slurry, pembuatan lembaran, pemotongan lembaran, penyusunan hingga menjadi baterai dan pengujian sampel. Seperti yang dilihat dari diagram alir dibawah ini. Universitas Sumatera Utara

3.4.1 Diagram Alir Penelitian

MCMB MCMB Kalsinasi MCMB Tanpa Kalsinasi Uji SEM, XRD Ditimbang bahan MCMB, PVDF, AB, DMAC Dicampurkan bahan DMAC, PVDF, AB, MCMB Hot Plate : T = 80 C, Round= 300 rpm Slurry MCMB Pelapisan pada Cu foil ketebalan 200 m Lembaran Dikeringkan T = 80 C Kalendering dan Pemotongan Assembly Stacking, Welding, Sealing, Elektrolit Baterai Uji CD, CV Ditimbang bahan MCMB, PVDF, AB, DMAC Dicampurkan bahan DMAC, PVDF, AB, MCMB Hot Plate : T = 80 C, Round= 300 rpm Slurry MCMB Pelapisan pada Cu foil ketebalan 200 m Lembaran Dikeringkan T = 80 C Kalendering dan Pemotongan Assembly Stacking, Welding, Sealing, Elektrolit Baterai Uji CD, CV Data Hasil Kesimpulan Universitas Sumatera Utara

3.4.2 Penyiapan Serbuk MCMB

Ditimbang serbuk MCMB yang ingin digunakan berkisar 35 gr. Dimasukkan serbuk MCMB yang telah disiapkan kedalam oven selama 1 hari untuk menghilangkan kadar air pada serbuk MCMB. Diambil sebagian serbuk MCMB yang telah dioven sekitar 14 gr diletakkan di atas crucible yang telah dilapisi aluminium foil. Dikalsinasi serbuk MCMB dengan furnance dengan temperature 500 C selama 5 jam. Di uji XRD dan SEM untuk serbuk MCMB kalsinasi dan MCMB tanpa kalsinasi.

3.4.3 Pembuatan Slurry

Ditimbang serbuk MCMB, PVDF, AB dan DMAC sesuai dengan komposisi yang ditentukan. Dipanaskan hot plate yang akan digunakan untuk membuat slury dengan temperature 70 C dengan putaran sebesar 300 rpm. Dicampurkan DMAC dengan PVDF di atas hot plate dengan magnetic stirrer didalam beaker glass sampai jernih. Dimasukkan AB kedalam larutan DMAC dan PVDF secara perlahan sampai tercampur secara merata. Dimasukkan MCMB secara perlahan dan dibiarkan teraduk diatas hot plate sampai terbentuk slurry yang diinginkan ± 2 jam.

3.4.4 Pembuatan Lembaran

Diukur ketebalan dokter blade dengan pisau dokter blade sebesar 200 m. Di iletakkan Cu- foil diatas dokter blade divakum kan dan dibersihkan dengan aseton. Dituangkan slury diatas Cu- foil sedikit demi sedikit dan diruningkan dokter blade dengan kecepatan rendah sampai Cu- foil terlapisi sempurna dengan slurry. Dikeringkan lembaran anoda MCMB dengan dry box dengan temperatur sebesar 80 C sampai mengering ± 1 jam. Cu foil Slurry Gambar 3.1 Lembaran anoda MCMB yang telah dikeringkan Universitas Sumatera Utara

3.4.5 Calendering dan Cutting Lembaran Anoda MCMB

Lembaran anoda MCMB yang sudah kering dicalendering dan dipotong kecil dengan ukuran seperti Gambar 3.2 berikut. 1 cm 1, 5 cm 3 cm 4 cm Gambar 3.2 Desain lembaran anoda MCMB

3.4.6 Asembly Baterai

Disusun lembaran separator bersama dengan 1 buah lembaran anoda dan 1 buah lembaran katoda menggunakan alat MSK-112A sehingga di dapat lembaran baterai. Ditabing ujung lembaran anoda dengan tab nikel dan ujung lembaran katoda dengan tab aluminium. Diuji lembaran baterai dengan ohmmater untuk memastikan baterai tidak short. Dimasukkan lembaran baterai yang telah dibuat kedalam kantung baterai casing . Disealing pinggiran casing baterai dan sisakan sedikit untuk celah agar bisa diidi elektrolit. Diisi elektrolit baterai sebanyak 1 ml didalam glove box dan diukur dengan multimeter untuk melihat tegangan awal. Dibiarkan minimal 16 jam sebelum di uji dan dikeluarkan dari glove box dan di sealing casing secara sempurna agar tertutup rapat. Universitas Sumatera Utara BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pembuatan Lembaran Anoda MCMB Baterai Lithium

Pembuatan lembaran anoda berbasis MCMB untuk baterai lithium ini dilakukan dalam beberapa tahapan. Pertama, menyiapkan bahan-bahan yang diperlukan untuk pembuatan slurry, seperti serbuk MCMB, PVDF, AB, dan DMAC. Penyiapan bahan dilakukan dengan dua perlakuan, yaitu MCMB kalsinasi dan MCMB tanpa tanpa kalsinasi. Untuk MCMB dengan perlakuan dilakukan proses kalsinasi pada suhu 500 C selama 5 jam yang dilakukan dengan furnance. Pembuatan lembaran anoda baterai ini, terdiri dari tiga bahan material yaitu serbuk MCMB sebagai bahan utama untuk pembuatan baterai yang mempunyai sifat baterai yang baik. Bahan kedua adalah serbuk PVDF sebagai matriks yang memperkuat anoda baterai ion lithium sekaligus menjadi lem perekat untuk MCMB dengan zat aditif. Bahan ketiga adalah zat aditif AB yang berfungsi sebagai karbon konduktif untuk menaikkan konduktivitas dari anoda MCMB tersebut. Untuk mencampurkan ketiga bahan tersebut diperlukan pelarut, pelarut yang digunakan adalah DMAC. Dalam percobaan ini persentase berat DMAC telah divariasikan untuk mendapatkan slurry yang baik. Pencampuran bahan ini menggunakan hot plate suhu 70 C yang dilakukan selama 2 jam. Setelah semua bahan tercampur menjadi slurry, maka dilakukan pelapisan lembaran anoda MCMB dengan menggunakan docter blade. Ketebalan yang digunakan untuk pelapisan sebesar 200 m. Setelah itu lembaran anoda MCMB dikeringkan di dry box docter blade dengan suhu 80 C. Lembaran anoda yang terbentuk memiliki panjang 30 cm dan lebar 12 cm. Setelah itu divakumkan di dalam oven minimal 12 jam. Sebelum dilakukan pemotongan lembaran anoda maka terlebih dahulu lembaran utuh anoda MCMB di calendering untuk menghilangkan void pada lembaran anoda dan menambah kerekatkan laminate dengan copper foil . Setelah lembaran anoda di potong dengan cetakan yang telah dibuat sesuai ukuran, maka Universitas Sumatera Utara dicatat massa material aktif, luas dan ketebalan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.1. berikut ini. Tabel 4.1 Parameter pada sampel sel anoda MCMB kalsinasi dan MCMB tanpa kalsinasi. Kode Sampel Persentase berat DMAC Massa MCMB pada lembaran g Luas cm 2 Ketebalan mm A 42,85 0,089 12 0,08 B 33,33 0,069 12 0,06 C 27,27 0,065 12 0,04 D T.Kal 33,33 0,081 12 0,09 Pada penelitian ini MCMB memiliki perbandingan massa tetap 85 = 3 g dari massa keseluruhan bahan baku pada pembuatan slurry yang telah menenpel dilembaran. Bahan yang divariasikan hanya pelarut DMAC. Persentase berat yang ditunjukkan pada Tabel 4.1. adalah persentase berat MCMB terhadap pelarut DMAC, sehingga semakin besar persentase berat DMAC menandakan DMAC yang digunakan semakin sedikit. Dapat dilihat dari tabel di atas, bahwa untuk MCMB yang dikalsinasi pada suhu 500 C semakin kecil persentase pelarut DMAC yang digunakan maka semakin encer pula slurry yang dihasilkan. Dan jika slurry semakin encer maka pada saat peng coatingan slurry akan terdorong dengan mudah. Efeknya ketebalan dari lembaran anoda MCMB ini akan semakin menipis. Dan untuk persentase berat pelarut DMAC yang sama untuk MCMB tanpa perlakuan dan MCMB dikalsinasi mengalami perbedaan di ketebalan lembaran anoda MCMBnya. Dimana MCMB tanpa kalsinasi memiliki ketebalan yang sedikit lebih besar jika dibanding dengan MCMB yang dikalsinasi. MCMB memiliki struktur permukaan yang kasar dan terjal. Berdasarkan hasil SEM pada saat MCMB dikalsinasi partikel MCMB lebih merapat sedangkan MCMB tanpa perlakuan partikelnya berjauhan. AB adalah zat aditif yang digunakan pada penelitian ini, AB memiliki sifat konduktivitas yang tinggi dan memiliki sifat absorpsi yang tinggi. Hal inilah yang mengakibatkan MCMB tanpa kalsinasi memiliki tebal yang lebih besar, karena pada saat MCMB tanpa kalsinasi Universitas Sumatera Utara memiliki jarak yang cukup jauh antar partikelnya, sehingga kesenjangan jarak itu akan diisi lebih banyak dengan partikel AB. Karena AB memiliki sifat absorpsi yang tinggi maka AB akan menyerap lebih banyak PVDF. Sedangkan MCMB yang dikalsinasi jarak partikelnya rapat, dan partikel MCMB lebih mendominan dari pada partikel AB. Sehingga absorpsi pada MCMB kalsinasi lebih sedikit dibanding MCMB tanpa kalsinasi. Oleh karena itu ketebalan lembaran dengan MCMB kalsinasi memiliki ketebalan yang lebih tipis dibanding dengan MCMB tanpa kalsinasi. 4.2 Analisis Karakterisasi dan Pengujian 4.2.1 Analisis

Dokumen yang terkait

Pembuatan Baterai Lithium Meggunakan Bahan Aktif Natural Graphite (NG) Sebagai Anoda Dengan Variasi Persentase Berat Pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC)

5 36 80

Pembuatan Baterai Lithium Menggunakan Bahan Aktif Mesocarbon Microbead (MCMB) Sebagai Anoda Dengan Variasi Persentase Berat Pelarut N,N-Dimethyl Acetamide (DMAC)

0 0 2

Pembuatan Baterai Lithium Menggunakan Bahan Aktif Mesocarbon Microbead (MCMB) Sebagai Anoda Dengan Variasi Persentase Berat Pelarut N,N-Dimethyl Acetamide (DMAC)

0 0 30

Pembuatan Baterai Lithium Menggunakan Bahan Aktif Mesocarbon Microbead (MCMB) Sebagai Anoda Dengan Variasi Persentase Berat Pelarut N,N-Dimethyl Acetamide (DMAC)

0 2 13

Pembuatan Baterai Lithium Menggunakan Bahan Aktif Mesocarbon Microbead (MCMB) Sebagai Anoda Dengan Variasi Persentase Berat Pelarut N,N-Dimethyl Acetamide (DMAC)

0 0 2

Pembuatan Baterai Lithium Menggunakan Bahan Aktif Mesocarbon Microbead (MCMB) Sebagai Anoda Dengan Variasi Persentase Berat Pelarut N,N-Dimethyl Acetamide (DMAC)

0 0 5

Pembuatan Baterai Lithium Menggunakan Bahan Aktif Mesocarbon Microbead (MCMB) Sebagai Anoda Dengan Variasi Persentase Berat Pelarut N,N-Dimethyl Acetamide (DMAC)

0 0 26

Pembuatan Baterai Lithium Meggunakan Bahan Aktif Natural Graphite (NG) Sebagai Anoda Dengan Variasi Persentase Berat Pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC)

1 1 14

Pembuatan Baterai Lithium Meggunakan Bahan Aktif Natural Graphite (NG) Sebagai Anoda Dengan Variasi Persentase Berat Pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC)

0 0 1

Pembuatan Baterai Lithium Meggunakan Bahan Aktif Natural Graphite (NG) Sebagai Anoda Dengan Variasi Persentase Berat Pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC)

0 0 5