Pengaruh Komposisi Lembaran Anoda LTO (Li4Ti5O12) Terhadap Performa Sel Baterai Ion Lithium
PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO
(Li4Ti5O12) TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION
LITHIUM
SKRIPSI
SUCI PURNAMA SARI
110801020
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO
(Li4Ti5O12) TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION
LITHIUM
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat mencapai
gelar Sarjana Sains
SUCI PURNAMA SARI
110801020
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO (Li4Ti5O12)
TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION LITHIUM
OLEH:
Suci Purnama Sari
NIM : 110801020
Disetujui Oleh:
Komisi Pembimbing
Drs. Herli Ginting, MS.
NIP :195505191986011001
Slamet Priyono, S.Si., M.T.
NIP :198610152009121004
Diketahui Oleh:
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Pusat Penelitian Fisika-LIPI
Kepala,
Dr. Marhaposan Situmorang
NIP : 195510301980031003
Dr. Bambang Widiyatmoko,M.Eng.
NIP: 196204301988031001
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO (Li4Ti5O12)
TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION LITHIUM
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2015
SUCI PURNAMA SARI
110801020
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Allah telah menurunkan air (hujan) dari langit, maka mengalirlah air di lembahlembah menurut ukurannya, maka arus itu membawa buih yang mengembang.
Dan dari apa (logam) yang mereka lebur dalam api untuk membuat perhiasan
atau alat-alat, ada (pula) buihnya seperti buih arus itu. Demikianlah Allah
membuat perumpamaan (bagi) yang benar dan yang batil. Adapun buih itu, akan
hilang sebagai sesuatu yang tak ada harganya; adapun yang memberi manfaat
kepada manusia, maka ia tetap di bumi. Demikianlah Allah membuat
perumpamaan-perumpamaan. (Ar-Ra’d :17)
Alhamdulillah, ucapan syukur yang tak terkira kepada Sang Pencipta alam
semesta, Allah SWT yang telah memberikan begitu banyak kenikmatan berupa
Iman dan Islam. Shalawat beriringkan salam ditujukan kepada baginda Rasulullah
saw yang memiliki peranan besar dalam peradaban dunia dan menjadi tauladan
paling sempurna hingga saat ini.
Terwujudnya skripsi ini tidak lepas dari partisipasi dan bantuan dari
berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang
setulus-tulusnya kepada :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Dr. Sutarman, M.Sc, selaku Dekan Fakultas Matematika & Ilmu Pengetahuan
Alam, Universitas Sumatera Utara.
Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika Universitas
Sumatera Utara, Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc. selaku Sekertaris Departemen
Fisika Universitas Sumatera Utara, dan seluruh staf pengajar beserta pegawai
administrasi di Departemen Fisika yang telah memberikan fasilitas kepada
penulis selama perkuliahan.
Drs. Herli Ginting, MS. selaku komisi pembimbing di Universitas Sumatera
Utara yang telah memberikan masukan dan arahan dalam penyelesaian
skripsi.
Slamet Priyono, S.si. MT. selaku komisi pembimbing di Pusat Penelitian
Fisika LIPI, yang telah memberikan banyak pengetahuan dan selalu sabar
dalam membimbing penulis selama penelitian.
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, Dra. Manis Sembiring, MS dan Awan Maghfirah,
S.Si., M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak saran yang
membuat skripsi ini lebih baik.
Orang-orang tercinta; Ayahanda Zainal Abidin, Ibunda Sarimanur, untuk doa,
dukungan baik secara moril dan finansial, kasih sayang, perhatian, kesabaran,
Universitas Sumatera Utara
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
motivasi dan nasehat. Terima kasih telah memberikan warna indah dalam
hidup ini.
Keluarga besar UKMI Al-Falak dan KAM Rabbani yang telah menjadi
perantara kepada penulis dalam mengenal dakwah dan terus belajar tentang
arti kehidupan yang sesungguhnya.
Perempuan-perempuan luar biasa; Kak Nana, Mbak Irma, Masyuni, Sri
Handika, Fatimah Marwah Nst, Rossa dan Desy. Terima kasih atas jalinan
ukhuwah yang telah diberikan.
Keluarga besar Laboratorium Fisika Dasar LIDA, yang telah memberikan
kesempatan penulis untuk bisa mengembangan potensi dan keilmuan. Kepada
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc., Dr. Tulus Ikhsan Nst, Kak Melly, Kak Mora,
Kak Pepi, Wulan. Terima kasih.
Keluarga baru di Serpong, Bu Neneng, Kak Ina, Teteh, Bu Eva. Terima kasih
untuk semua dukungan.
Teman-teman satu bimbingan selama di Pusat Penelitian Fisika LIPI yang
telah membantu peneliti dalam menjalani penelitian; Arin Gudesma dan
Raras.
Adik-adik junior dan tarbiyah; Miska, Fitri, Mona, Widya, Rahma, Nur
Rahmah, Ayu, Zakia, Khodijah, Lina, Eli, Putri, Wana, Rica, Vivi, Elvi, Ria.
Terima kasih atas doa dan dukungan kalian.
Teman-teman seperjuangan; Khairani Nasution, Yuni Aulia Umi, Meilia
Krisanti, Kartika Sari, Shelly Maharani, Sri Rakhmawati dan Leni Daulay.
Terima kasih atas kebersamaan yang diberikan baik dalam suka maupun duka
selama menjalani penelitian.
Tersebab sadar akan keterbatasan diri, masukan dan pengembangan
lanjutan akan hasil penelitian ini diharapkan hadir sebagai proses perkembangan
ilmu pengetahuan. Harapan sederhana, semoga teriring manfaat dalam tulisan ini.
Penulis
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO (Li4Ti5O12)
TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION LITHIUM
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian mengenai pengaruh komposisi serbuk LTO pada
pembuatan lembaran anoda. Variasi komposisi serbuk LTO:PVDF:Super P yaitu
77:15:8 , 85:10:5 dan 90:7:3 % wt. Pembuatan lembaran dengan mencampurkan
bahan serbuk PVDF dengan pelarut N-N,DMAC dan kemudian ditambahkan
dengan serbuk Super P dan LTO sehingga terbentuk slurry. Kemudian dilakukan
pengcoatingan slurry pada Cu foil dan dikeringkan pada oven hingga terbentuk
lembaran. Lembaran yang sudah jadi dilakukan analisis morforlogi/komposisi
unsur dan gugus fungsi dengan SEM/EDX dan FTIR. Sedangkan performa baterai
meliputi Cyclic Voltammetry (CV) dan Charge/Discharge (CD) yang dilakukan
dengan Automatic battery cycler. Hasil analisis SEM menunjukkan bahwa
pencampuran bahan pada komposisi 77:15:8 %wt homogen dikarenakan
komposisi yang seimbang dari masing-masing bahan sehingga tersebar merata
pada seluruh permukaan (tidak ada yang mendominasi) dan dari hasil analisis
EDX menunjukan persentase unsur pada masing-masing sampel. Pengujian FTIR
menunjukan bahwa tidak terjadinya reaksi kimia antara LTO dengan PVDF
dilihat dari tidak adanya gugus Li-F pada wavenumber 1191 cm-1. Sifat
elektrokimia sel terbaik pada komposisi 77:15:8 %wt yang dilihat dari kurva CV
yaitu terbentuknya pasangan puncak redoks dan dari grafik charge/discharge
didapat kapasitas dari LTO 160 mAHr/g.
Kata Kunci : Lithium Titanate, SEM-EDX, FTIR, Cyclic Voltammetry,
Charge/Discharge
Universitas Sumatera Utara
INFLUENCE OF COMPOSITIONS IN MANUFACTURING ANODE LTO
(Li4Ti5O12) TO PERFORMANCE CELL OF LITHIUM ION BATTERY
ABSTRACT
Research has conducted on the effect of the variation composition of powder LTO
in manufacturing of the laminate anode. Variations composition of powder LTO:
PVDF: Super P is 77: 15: 8, 85: 10: 5 and 90: 7: 3 %wt. Manufacture of laminate
by mixing the powder material PVDF with solvents N,N-DMAC and then added
to the powder Super P and LTO to form a slurry. Then slurry is coating on Cu foil
and dried in oven to form a laminate. Laminate which has been so finished to
analyzed morforlogi /elemental of composition and functional groups with
SEM/EDX and FTIR. While the battery performance include CV and CD
performed with the Automatic battery cycler. The results of SEM analysis
indicated that the mixing of ingredients in the composition of 77: 15: 8 is
homogeneous because balanced of composition from each material that is spread
evenly on the entire surface (no one dominates) and the results of EDX analysis
showed the percentage of each element in samples. FTIR testing not showed that
chemical reaction between LTO with PVDF seen from the absence of Li-F group
at wavenumber 1191 cm-1. Best cell electrochemical properties on the
composition of 77: 15: 8 %wt as seen from the curve CV is the establishment of a
redox couple and from graph charge /discharge obtained capacity of LTO is 160
mAH/g.
Keywords : Lithium
Charge/Discharge
Titanate,
SEM-EDX,
FTIR,
Cyclic
voltammetry,
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi
Lembar Pengesahan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran
BAB 1.
BAB 2.
Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
1.2. Rumusan Masalah
1.3. Tujuan Penelitian
1.4. Manfaat Penelitian
1.5. Batasan Masalah
1.6. Sistematika Penulisan
1
4
4
4
5
5
Tinjauan Pustaka
2.1. Baterai
2.1.1. Bagaimana Baterai Beroperasi
2.1.2. Desain Baterai
2.2. Baterai Ion Lithium
2.2.1. Spesifikasi Kimia Baterai Ion Lithium
2.2.2. Bahan Dalam Baterai Ion Lithium
2.3. Baterai Lithium Titanium Oksida (Li4Ti5O12)
2.3.1. Spinel Lithium Titanium Oksida
2.3.1.1. Gambaran Struktural
2.3.1.2. Pembuatan Li4Ti5O12 (LTO)
2.3.1.3. Karakteristik elektrokimia
2.3.2. Keuntungan dan Kerugian anoda Li4Ti5O12 (LTO)
2.4. Bahan Baku
2.4.1. Serbuk Li4Ti5O12 (LTO)
2.4.2. PVdF
2.4.3. Super P
2.4.4. N,N DMAC (N,N-Dimethylacetamide)
2.4.5. Cu Foil
2.5 Karakterisasi
2.5.1. Karakterisasi morfologi komposit lembaran anoda
dengan SEM-EDX
2.5.2. Karakterisasi gugus fungsional dengan FTIR
(Fourier Transform Infrared)
7
8
11
12
14
17
18
18
18
18
19
19
20
20
21
22
23
24
24
24
26
Universitas Sumatera Utara
2.5.3. Karakterisasi Cyclic Voltamettry
2.5.4. Karakterisasi kapasitas baterai (Charge/Discharge)
BAB 3. Metode Penelitian
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
3.2. Bahan dan Peralatan Penelitian
3.2.1 Bahan
3.2.2 Peralatan Penelitian
3.3. Perhitungan massa bahan
3.4. Tahapan Penelitian
3.5. Prosedur Penelitian
BAB 4. Hasil dan Pembahasan
4.1. Sifat Fisis
4.1.1. Morfologi
4.1.2. Gugus Fungsi
4.2. Sifat Elektrokimia Sel Baterai
4.2.1. Cyclic Voltammetry (CV)
4.2.2. Charge/Discharge (CD)
BAB 5.
Kesimpulan dan Saran
5.1. Kesimpulan
5.2. Saran
Daftar Pustaka
27
28
30
30
30
30
32
33
34
35
35
44
47
47
50
53
53
54
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
2.1.
3.1.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
Judul
Halaman
Spesifikasi serbuk LTO
Perbandingan komposisi bahan dalam (gr)
Persentase unsur dengan EDS
Akumulasi data wavenumber dari sampel A, B dan C
menggunakan FTIR yang dicocokan berdasarkan literatur
Data tegangan lembaran LTO
Massa material aktif lembaran LTO
21
32
40
42
44
46
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
1.1.
2.1.
2.2.
2.3.
Judul
Halaman
Perkiraan global pada kendaraan listrik, 2010-2020
Skema sederhana dari baterai Lithium ion
Skema lengkap dari baterai Lithium ion
Empat desain sel umum baterai: a.silinder, b.koin, c.prismatik,
dan d.datar
2.4.
Perbandingan keunggulan dari masing-masing jenis baterai
2.5.
Skema dari bahan elektroda dalam baterai Li-ion
2.6.
Kemungkinan komposisi lapisan SEI pada anoda grafit dalam
baterai Li-ion
2.7.
Prinsip kerja SEM
2.8.
Skema sistem kerja dari FTIR
2.9.
Kurva I-V pada scan rate dan rate konstan (cyclic-vol)
2.10. Profil tegangan yang harus dipenuhi selama mengisi ulang
sebuah baterai lithium
4.1.
Hasil lembaran anoda LTO dengan 3 variasi komposisi
4.2.
Permukaan sampel lembaran LTO pada sampel A, B dan C
dengan perbesaran 1000 kali
4.3.
Permukaan sampel lembaran LTO pada sampel A, B dan C
dengan perbesaran 10000 kali
4.4.
Spot pengujian SEM-EDS lembaran LTO pada sampel
A, B dan C
4.5.
Spektrum pengamatan EDS pada sampel A
4.6.
Spektrum pengamatan EDS pada sampel B
4.7.
Spektrum pengamatan EDS pada sampel C
4.8.
Spektrum Inframerah sampel A, B dan C
4.9.
Grafik Voltamogram Siklik pada sampel A, B dan C
4.10. Kurva charge/discharge pada masing-masing sampel
1
9
10
12
13
15
16
25
27
28
29
35
36
37
39
41
42
43
45
48
51
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
Halaman
LAMPIRAN A
Perhitungan Komposisi Bahan
58
LAMPIRAN B
1. Gambar Bahan Penelitian
60
2. Gambar Peralatan Penelitian
62
Persentase Data EDS
66
LAMPIRAN C
Universitas Sumatera Utara
(Li4Ti5O12) TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION
LITHIUM
SKRIPSI
SUCI PURNAMA SARI
110801020
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO
(Li4Ti5O12) TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION
LITHIUM
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat mencapai
gelar Sarjana Sains
SUCI PURNAMA SARI
110801020
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO (Li4Ti5O12)
TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION LITHIUM
OLEH:
Suci Purnama Sari
NIM : 110801020
Disetujui Oleh:
Komisi Pembimbing
Drs. Herli Ginting, MS.
NIP :195505191986011001
Slamet Priyono, S.Si., M.T.
NIP :198610152009121004
Diketahui Oleh:
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Pusat Penelitian Fisika-LIPI
Kepala,
Dr. Marhaposan Situmorang
NIP : 195510301980031003
Dr. Bambang Widiyatmoko,M.Eng.
NIP: 196204301988031001
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO (Li4Ti5O12)
TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION LITHIUM
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2015
SUCI PURNAMA SARI
110801020
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Allah telah menurunkan air (hujan) dari langit, maka mengalirlah air di lembahlembah menurut ukurannya, maka arus itu membawa buih yang mengembang.
Dan dari apa (logam) yang mereka lebur dalam api untuk membuat perhiasan
atau alat-alat, ada (pula) buihnya seperti buih arus itu. Demikianlah Allah
membuat perumpamaan (bagi) yang benar dan yang batil. Adapun buih itu, akan
hilang sebagai sesuatu yang tak ada harganya; adapun yang memberi manfaat
kepada manusia, maka ia tetap di bumi. Demikianlah Allah membuat
perumpamaan-perumpamaan. (Ar-Ra’d :17)
Alhamdulillah, ucapan syukur yang tak terkira kepada Sang Pencipta alam
semesta, Allah SWT yang telah memberikan begitu banyak kenikmatan berupa
Iman dan Islam. Shalawat beriringkan salam ditujukan kepada baginda Rasulullah
saw yang memiliki peranan besar dalam peradaban dunia dan menjadi tauladan
paling sempurna hingga saat ini.
Terwujudnya skripsi ini tidak lepas dari partisipasi dan bantuan dari
berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang
setulus-tulusnya kepada :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Dr. Sutarman, M.Sc, selaku Dekan Fakultas Matematika & Ilmu Pengetahuan
Alam, Universitas Sumatera Utara.
Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika Universitas
Sumatera Utara, Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc. selaku Sekertaris Departemen
Fisika Universitas Sumatera Utara, dan seluruh staf pengajar beserta pegawai
administrasi di Departemen Fisika yang telah memberikan fasilitas kepada
penulis selama perkuliahan.
Drs. Herli Ginting, MS. selaku komisi pembimbing di Universitas Sumatera
Utara yang telah memberikan masukan dan arahan dalam penyelesaian
skripsi.
Slamet Priyono, S.si. MT. selaku komisi pembimbing di Pusat Penelitian
Fisika LIPI, yang telah memberikan banyak pengetahuan dan selalu sabar
dalam membimbing penulis selama penelitian.
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, Dra. Manis Sembiring, MS dan Awan Maghfirah,
S.Si., M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak saran yang
membuat skripsi ini lebih baik.
Orang-orang tercinta; Ayahanda Zainal Abidin, Ibunda Sarimanur, untuk doa,
dukungan baik secara moril dan finansial, kasih sayang, perhatian, kesabaran,
Universitas Sumatera Utara
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
motivasi dan nasehat. Terima kasih telah memberikan warna indah dalam
hidup ini.
Keluarga besar UKMI Al-Falak dan KAM Rabbani yang telah menjadi
perantara kepada penulis dalam mengenal dakwah dan terus belajar tentang
arti kehidupan yang sesungguhnya.
Perempuan-perempuan luar biasa; Kak Nana, Mbak Irma, Masyuni, Sri
Handika, Fatimah Marwah Nst, Rossa dan Desy. Terima kasih atas jalinan
ukhuwah yang telah diberikan.
Keluarga besar Laboratorium Fisika Dasar LIDA, yang telah memberikan
kesempatan penulis untuk bisa mengembangan potensi dan keilmuan. Kepada
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc., Dr. Tulus Ikhsan Nst, Kak Melly, Kak Mora,
Kak Pepi, Wulan. Terima kasih.
Keluarga baru di Serpong, Bu Neneng, Kak Ina, Teteh, Bu Eva. Terima kasih
untuk semua dukungan.
Teman-teman satu bimbingan selama di Pusat Penelitian Fisika LIPI yang
telah membantu peneliti dalam menjalani penelitian; Arin Gudesma dan
Raras.
Adik-adik junior dan tarbiyah; Miska, Fitri, Mona, Widya, Rahma, Nur
Rahmah, Ayu, Zakia, Khodijah, Lina, Eli, Putri, Wana, Rica, Vivi, Elvi, Ria.
Terima kasih atas doa dan dukungan kalian.
Teman-teman seperjuangan; Khairani Nasution, Yuni Aulia Umi, Meilia
Krisanti, Kartika Sari, Shelly Maharani, Sri Rakhmawati dan Leni Daulay.
Terima kasih atas kebersamaan yang diberikan baik dalam suka maupun duka
selama menjalani penelitian.
Tersebab sadar akan keterbatasan diri, masukan dan pengembangan
lanjutan akan hasil penelitian ini diharapkan hadir sebagai proses perkembangan
ilmu pengetahuan. Harapan sederhana, semoga teriring manfaat dalam tulisan ini.
Penulis
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO (Li4Ti5O12)
TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION LITHIUM
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian mengenai pengaruh komposisi serbuk LTO pada
pembuatan lembaran anoda. Variasi komposisi serbuk LTO:PVDF:Super P yaitu
77:15:8 , 85:10:5 dan 90:7:3 % wt. Pembuatan lembaran dengan mencampurkan
bahan serbuk PVDF dengan pelarut N-N,DMAC dan kemudian ditambahkan
dengan serbuk Super P dan LTO sehingga terbentuk slurry. Kemudian dilakukan
pengcoatingan slurry pada Cu foil dan dikeringkan pada oven hingga terbentuk
lembaran. Lembaran yang sudah jadi dilakukan analisis morforlogi/komposisi
unsur dan gugus fungsi dengan SEM/EDX dan FTIR. Sedangkan performa baterai
meliputi Cyclic Voltammetry (CV) dan Charge/Discharge (CD) yang dilakukan
dengan Automatic battery cycler. Hasil analisis SEM menunjukkan bahwa
pencampuran bahan pada komposisi 77:15:8 %wt homogen dikarenakan
komposisi yang seimbang dari masing-masing bahan sehingga tersebar merata
pada seluruh permukaan (tidak ada yang mendominasi) dan dari hasil analisis
EDX menunjukan persentase unsur pada masing-masing sampel. Pengujian FTIR
menunjukan bahwa tidak terjadinya reaksi kimia antara LTO dengan PVDF
dilihat dari tidak adanya gugus Li-F pada wavenumber 1191 cm-1. Sifat
elektrokimia sel terbaik pada komposisi 77:15:8 %wt yang dilihat dari kurva CV
yaitu terbentuknya pasangan puncak redoks dan dari grafik charge/discharge
didapat kapasitas dari LTO 160 mAHr/g.
Kata Kunci : Lithium Titanate, SEM-EDX, FTIR, Cyclic Voltammetry,
Charge/Discharge
Universitas Sumatera Utara
INFLUENCE OF COMPOSITIONS IN MANUFACTURING ANODE LTO
(Li4Ti5O12) TO PERFORMANCE CELL OF LITHIUM ION BATTERY
ABSTRACT
Research has conducted on the effect of the variation composition of powder LTO
in manufacturing of the laminate anode. Variations composition of powder LTO:
PVDF: Super P is 77: 15: 8, 85: 10: 5 and 90: 7: 3 %wt. Manufacture of laminate
by mixing the powder material PVDF with solvents N,N-DMAC and then added
to the powder Super P and LTO to form a slurry. Then slurry is coating on Cu foil
and dried in oven to form a laminate. Laminate which has been so finished to
analyzed morforlogi /elemental of composition and functional groups with
SEM/EDX and FTIR. While the battery performance include CV and CD
performed with the Automatic battery cycler. The results of SEM analysis
indicated that the mixing of ingredients in the composition of 77: 15: 8 is
homogeneous because balanced of composition from each material that is spread
evenly on the entire surface (no one dominates) and the results of EDX analysis
showed the percentage of each element in samples. FTIR testing not showed that
chemical reaction between LTO with PVDF seen from the absence of Li-F group
at wavenumber 1191 cm-1. Best cell electrochemical properties on the
composition of 77: 15: 8 %wt as seen from the curve CV is the establishment of a
redox couple and from graph charge /discharge obtained capacity of LTO is 160
mAH/g.
Keywords : Lithium
Charge/Discharge
Titanate,
SEM-EDX,
FTIR,
Cyclic
voltammetry,
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi
Lembar Pengesahan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Lampiran
BAB 1.
BAB 2.
Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
1.2. Rumusan Masalah
1.3. Tujuan Penelitian
1.4. Manfaat Penelitian
1.5. Batasan Masalah
1.6. Sistematika Penulisan
1
4
4
4
5
5
Tinjauan Pustaka
2.1. Baterai
2.1.1. Bagaimana Baterai Beroperasi
2.1.2. Desain Baterai
2.2. Baterai Ion Lithium
2.2.1. Spesifikasi Kimia Baterai Ion Lithium
2.2.2. Bahan Dalam Baterai Ion Lithium
2.3. Baterai Lithium Titanium Oksida (Li4Ti5O12)
2.3.1. Spinel Lithium Titanium Oksida
2.3.1.1. Gambaran Struktural
2.3.1.2. Pembuatan Li4Ti5O12 (LTO)
2.3.1.3. Karakteristik elektrokimia
2.3.2. Keuntungan dan Kerugian anoda Li4Ti5O12 (LTO)
2.4. Bahan Baku
2.4.1. Serbuk Li4Ti5O12 (LTO)
2.4.2. PVdF
2.4.3. Super P
2.4.4. N,N DMAC (N,N-Dimethylacetamide)
2.4.5. Cu Foil
2.5 Karakterisasi
2.5.1. Karakterisasi morfologi komposit lembaran anoda
dengan SEM-EDX
2.5.2. Karakterisasi gugus fungsional dengan FTIR
(Fourier Transform Infrared)
7
8
11
12
14
17
18
18
18
18
19
19
20
20
21
22
23
24
24
24
26
Universitas Sumatera Utara
2.5.3. Karakterisasi Cyclic Voltamettry
2.5.4. Karakterisasi kapasitas baterai (Charge/Discharge)
BAB 3. Metode Penelitian
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
3.2. Bahan dan Peralatan Penelitian
3.2.1 Bahan
3.2.2 Peralatan Penelitian
3.3. Perhitungan massa bahan
3.4. Tahapan Penelitian
3.5. Prosedur Penelitian
BAB 4. Hasil dan Pembahasan
4.1. Sifat Fisis
4.1.1. Morfologi
4.1.2. Gugus Fungsi
4.2. Sifat Elektrokimia Sel Baterai
4.2.1. Cyclic Voltammetry (CV)
4.2.2. Charge/Discharge (CD)
BAB 5.
Kesimpulan dan Saran
5.1. Kesimpulan
5.2. Saran
Daftar Pustaka
27
28
30
30
30
30
32
33
34
35
35
44
47
47
50
53
53
54
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
2.1.
3.1.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
Judul
Halaman
Spesifikasi serbuk LTO
Perbandingan komposisi bahan dalam (gr)
Persentase unsur dengan EDS
Akumulasi data wavenumber dari sampel A, B dan C
menggunakan FTIR yang dicocokan berdasarkan literatur
Data tegangan lembaran LTO
Massa material aktif lembaran LTO
21
32
40
42
44
46
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
1.1.
2.1.
2.2.
2.3.
Judul
Halaman
Perkiraan global pada kendaraan listrik, 2010-2020
Skema sederhana dari baterai Lithium ion
Skema lengkap dari baterai Lithium ion
Empat desain sel umum baterai: a.silinder, b.koin, c.prismatik,
dan d.datar
2.4.
Perbandingan keunggulan dari masing-masing jenis baterai
2.5.
Skema dari bahan elektroda dalam baterai Li-ion
2.6.
Kemungkinan komposisi lapisan SEI pada anoda grafit dalam
baterai Li-ion
2.7.
Prinsip kerja SEM
2.8.
Skema sistem kerja dari FTIR
2.9.
Kurva I-V pada scan rate dan rate konstan (cyclic-vol)
2.10. Profil tegangan yang harus dipenuhi selama mengisi ulang
sebuah baterai lithium
4.1.
Hasil lembaran anoda LTO dengan 3 variasi komposisi
4.2.
Permukaan sampel lembaran LTO pada sampel A, B dan C
dengan perbesaran 1000 kali
4.3.
Permukaan sampel lembaran LTO pada sampel A, B dan C
dengan perbesaran 10000 kali
4.4.
Spot pengujian SEM-EDS lembaran LTO pada sampel
A, B dan C
4.5.
Spektrum pengamatan EDS pada sampel A
4.6.
Spektrum pengamatan EDS pada sampel B
4.7.
Spektrum pengamatan EDS pada sampel C
4.8.
Spektrum Inframerah sampel A, B dan C
4.9.
Grafik Voltamogram Siklik pada sampel A, B dan C
4.10. Kurva charge/discharge pada masing-masing sampel
1
9
10
12
13
15
16
25
27
28
29
35
36
37
39
41
42
43
45
48
51
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
Halaman
LAMPIRAN A
Perhitungan Komposisi Bahan
58
LAMPIRAN B
1. Gambar Bahan Penelitian
60
2. Gambar Peralatan Penelitian
62
Persentase Data EDS
66
LAMPIRAN C
Universitas Sumatera Utara