Pembuatan Lembaran Katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4 C dengan Variasi Suhu Pengeringan
PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
DENGAN VARIASI SUHU PENGERINGAN
SKRIPSI
MEILIA KRISANTI
110801015
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
DENGAN VARIASI SUHU PENGERINGAN
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
MEILIA KRISANTI
1108011015
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C DENGAN
VARIASI SUHU PENGERINGAN
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan-ringkasan masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan,
Mei 2015
Meilia Krisanti
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Alhamdulillah, puji syukur kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam yang telah
memberikan rahmat dan karunia sehingga penulis dapat menyelasikan tugas akhir.
Salawat beriring salam teruntuk Nabi besar Muhammad SAW yang menjadi
teladan dalam menjalani kehidupan.
Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar
sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera
Utara.
Untuk
memenuhi
persyaratan
tersebut
diatas
penulis
mengerjakan tugas akhir dengan judul μ “Pembuatan Lembaran Katoda
LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
Dengan
Variasi
Suhu
Pengeringan”.
Yang
dilaksanakan di laboratorium Baterai Lithium Indonesia dan laboratorium material
Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI Serpong, Tangerang Selatan sesuai dengan
waktu yang telah di tetapkan. Penulis ingin menyampaikan ungkapan terima kasih
kepada:
1.
Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika Universitas
Sumatera Utara, Drs. Syahrul Humaidi, MSc. 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.
2.
Awan Maghfirah S.Si.,M.Si selaku dosen pembimbing I, Dr. Ir Bambang
Prihandoko,M.T selaku dosen pembimbing II di LIPI, Prof. Dr. Eddy
Marlianto,M.Sc selaku ketua penguji, Drs. Aditia Warman,M.Si. selaku
sekretaris penguji, dan Prof. Dr. Zuriah Sitorus,MS selaku anggota penguji
yang telah memberikan kritik, saran, dan arahan kepada penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini.yang telah bersedia meluangkan waktu untuk
membimbing penulis dalam melakukan penelitian dan penyelesaian skripsi
ini.
3.
Prof. Pardamean Sebayang, M.S, Slamet Priyono,M.Si dan seluruh staf
peneliti baterai beserta pegawai administrasi di Pusat Penelitian Fisika (P2F)
Universitas Sumatera Utara
LIPI yang telah memberikan bimbingan, dorongan dan masukan kepada
penulis serta fasilitas kepada penulis selama penelitian.
4.
Orangtua dan keluarga tercinta yang selalu memberikan dukungan moral dan
spiritual kepada penulis.
5.
Khairani Nasution, Shelly Maharani, Suci Purnama Sari, Kartika Sari, Yuni
Aulia Umi, Sri Rakhmawati, Leni Daulay dan seluruh mahasiswa Fisika
angkatan 2011 yang memberi dukungan dan bantuan.
6.
Rekan-rekan kelompok baterai di Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI Mas
Eddy, Kak Ali, Kak Resa yang selalu siap membantu saya di laboratorium
baterai.
Penulis berharap tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pengembangan
ilmu pengetahuan dalam bidang material katoda pada baterai lithium ion. Penulis
mengharapkan kritik dan masukan yang membangun atas hasil penelitian ini sebagai
proses perkembangan ilmu pengetahuan.
Penulis
Meilia Krisanti
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Grafik
Daftar Lampiran
Halaman
i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi
xii
BAB 1. 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
2
3
3
3
4
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Baterai Lithium
2.2. Prinsip Kerja Baterai Lithium Ion
2.3. Bahan Elektroda
2.3.1. Material Katoda
2.4. Bahan Pembentuk Lembaran Katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
2.4.1. Polyvinyl Difluoride (PVdF)
2.4.2. Zat Aditif Acetylene Black (AB)
2.4.3. Pelarut N,N DMAC ( Dimethyl-acetamide)
2.5. Karakterisasi Material Aktif dan Lembaran Katoda
2.5.1. X-Ray Diffraction (XRD)
2.5.2. Scanning Electron Microscope (SEM)
2.6. Karaterisasi Sel Baterai
2.6.1. Electrochemical Impedance Spectrometry (EIS)
2.6.2. Cyclic Voltammetry (CV)
2.6.3. Charge-Discharge
5
8
9
9
12
13
14
14
15
15
16
16
16
17
18
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
3.2. Peralatan dan Bahan Penelitian
3.2.1. Peralatan
3.2.1.1. Alat
20
20
20
20
Universitas Sumatera Utara
3.2.1.2 Alat Karakterisasi
3.2.2. Bahan
3.3. Prosedur Penelitian
3.3.1. Diagram Alir Penelitian
3.3.2. Tahap Pembuatan Lembaran Katoda
3.3.3. Tahap Assembly Baterai Coin Cell
21
22
22
23
24
26
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Analisa XRD Material Aktif LiFe0.7Mn0.2Ni01PO4/C
4.2. Hasil Pengujian Morfologi Sampel
4.3. Hasil dan Analisa Pengujian EIS
4.3.1. Sampel dengan Suhu Pengeringan 60oC
4.3.2. Sampel dengan Suhu Pengeringan 70oC
4.3.3. Sampel dengan Suhu Pengeringan 80oC
4.4. Hasil dan Analisa Pengujian Cyclic Voltammetry (CV)
4.4.1. Sampel dengan Suhu Pengeringan 60oC
4.4.2. Sampel dengan Suhu Pengeringan 70oC
4.4.3. Sampel dengan Suhu Pengeringan 80oC
4.5. Hasil dan Analisa Pengujian Charge-Discharge
4.5.1. Sampel dengan Suhu Pengeringan 60oC
4.5.2. Sampel dengan Suhu Pengeringan 70oC
4.5.3. Sampel dengan Suhu Pengeringan 80oC
27
29
31
32
33
34
35
36
37
38
39
39
40
42
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
5.2. Saran
44
44
DAFTAR PUSTAKA
45
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
Judul
Halaman
Tabel 2.1. Karakteristik Elektrokimia Dari Beberapa Material Katoda
12
Tabel 2.2. Sifat umum Lithium Hexafluorophosphate
14
Tabel 2.3. Sifat umum Polyvinylidene Difluoride (PVdF)
16
Tabel 2.2. Sifat Fisik dan Kimia Acetylene Black (AB)
14
Tabel 2.5. Sifat umum N,N DMAC (N,N Dimethyl-acetamide )
17
Tabel 3.1. Kode sampel variasi pemanasan.
25
Tabel 4.1. Material Aktif LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
28
Tabel 4.2. Hasil pengukuran konduktifitas pada suhu 60oC
o
32
Tabel 4.3. Hasil pengukuran konduktifitas pada suhu 70 C
33
Tabel 4.4. Hasil pengukuran konduktifitas pada suhu 80oC
34
Tabel 4.5. Massa material aktif lembaran katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
Tabel 4.6. Parameter Pengujian charge-discharge
39
40
sel baterai LiFe0.7Mn0.2Ni0.1Po4/C suhu 60oC
Tabel 4.7. Parameter Pengujian charge-discharge
41
o
sel baterai LiFe0.7Mn0.2Ni0.1Po4/C suhu 70 C
Tabel 4.8. Parameter Pengujian charge-discharge
42
sel baterai LiFe0.7Mn0.2Ni0.1Po4/C suhu 80oC
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
Gambar 2.1.
Judul
Halaman
Proses interkalasi pada baterai ion lithium saat
8
charge dan discharge
Gambar 2.2.
Tiga model host dari bahan katoda dan anoda
9
Gambar 2.2.
Fenomena konduktifitas ionik dan elektronik
10
pada material katoda
Gambar 2.4.
Ikatan partikel komposit baterai lithium ion
13
Gambar 2.5.
Voltamogram siklik reaksi reduksi-oksidasi
18
Gambar 3.1.
Lembaran katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
25
yang telah dikeringkan
Gambar 3.2.
Ukuran sel baterai katoda
26
Gambar 3.3.
Susunan baterai sekunder berbentuk coin cell
26
Gambar 4.1.
Permukaan sampel lembaran katoda
30
LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C dengan perbesaran 1000 kali
(a) suhu pengeringan 60oC
(b) suhu pengeringan 70oC dan
(c) suhu pengeringan 80oC
Gambar 4.2.
Grafik Cole-Cole plot untuk suhu pengeringan 60oC
32
Gambar 4.3.
Grafik Cole-Cole plot untuk suhu pengeringan 70oC
33
Gambar 4.4.
Grafik Cole-Cole plot untuk suhu pengeringan 80oC
34
Gambar 4.5.
Grafik hubungan onduktifitas material katoda dengan variasi
35
suhu pengeringan.
Gambar 4.6.
Kurva sel Li//LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C dengan suhu
36
pengeringan 60oC
Gambar 4.7.
Kurva sel Li//LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C dengan suhu
37
pengeringan 70oC
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.8.
Kurva sel Li//LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C dengan suhu
38
o
pengeringan 80 C
Grafik kapasitas charge-discharge sampel 60oC
40
Gambar 4.10. Grafik kapasitas charge-discharge sampel 70oC
41
Gambar 4.11. Grafik kapasitas charge-discharge sampel 80oC
42
Gambar 4.9.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GRAFIK
Nomor
Grafik
Grafik 4.1.
Judul
Hasil uji identifikasi material aktif katoda
Halaman
27
LiFe0.7Mn0.2Ni01PO4/C.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran
A
B
C
D
E
F
G
H
Judul
Halaman
Perhitungan Komposisi Sampel dan Analisa
Alat-alat Percobaan
Bahan-bahan Percobaan
Sampel Pengujian
Alat Pengujian
Hasil Pengujian XRD
Hasil Uji Konduktifitas Dengan EIS
Hasil Pengujian Charge-Discharge
L1
L5
L8
L9
L10
L11
L17
L21
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
DENGAN VARIASI SUHU PENGERINGAN
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian pembuatan lembaran katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
yang akan digunakan sebagai katoda pada sel baterai lithium ion. Bahan yang
dipergunakan adalah serbuk material aktif LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C yang berfungsi
sebagai filler , sedangkan bahan polimer polyvynilidene flouride (PVdF) sebagai
matrik, bahan aditif konduktif yaitu acetylene black dan pelarut DMAC dengan
perbandingan komposisi 85 : 10 : 5. Teknik pembuatan menggunakan metoda
doctor blade. Penelitian dilakukan untuk mendapatkan optimasi suhu pengeringan
dalam pembuatan lembaran katoda dengan melakukan variasi suhu pengeringan
60oC,70oC dan 80oC. Identifikasi fasa yang terbentuk dari serbuk material aktif
katoda dilakukan dengan X-ray Diffraction (XRD). Struktur morfologi lembaran
dengan SEM. Pengujian performa lembaran katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
sebagai sel katoda baterai lithium ion dibentuk dalam coin cell. Dari penelitian ini
didapatkan konduktifitas tertinggi yang diukur dengan alat Electrochemical
Impedance Spectroscopy (EIS) adalah 3,1 x 10-5 S/cm dihasilkan dari suhu
pengeringan 80oC. Hasil uji cyclic voltammetry lembaran katoda memiliki siklus
reversible dengan memiliki kemampuan untuk proses oksidasi-reduksi. Pengujian
charge/discharge pada suhu pengeringan 80oC menunjukkan spesifik kapasitas
discharge sebesar 4,1 mAh/g. Sel baterai juga menunjukkan tegangan sel
mencapai 4,4 V.
Kata kunci: katoda, baterai lithium, konduktifitas dan polyvynilidene flourida
Universitas Sumatera Utara
PREPARATION OF LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C CATHODE SHEETS
WITH VARIOUS OF DRYING TEMPERATURE
ABSTRACT
A research on the preparation of LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C cathode sheets wich will
be used as cathode of lithium-ion battery has been conducted. The starting
materials are active material powder of LiFe 0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C as filler, whereas
the polymer material PVdF as matrix, conductive additives are acetylene black
and DMAC solvent with composition ratio of 85 : 10 : 5. The samples were
prepared by using doctor blade methode. Research has been done to get optimum
drying temperature in the fabrication of cathode sheets by doing a variety of
drying temperature is 60oC, 70oC and 80oC. Identification phase from the active
material powder of cathode was done by X-ray Diffraction (XRD). Morphological
structure sheet with SEM. Testing the performance of the cathode sheets
LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C as cell lithium ion battery cathode formed in the coin cell.
The research showed that the LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C cathode sheets has a highest
conductivity was 3,1 x 10-5 S/cm on drying temperature of 80oC. The test results of
cyclic voltammetry cathode sheets have a reversible cycle with the ability for
oxidation-reduction process. Battery performance was analyzed by
charge/discharge capacity test. The drying temperature of 80°C showed discharge
specific capacity of LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C is 4,1 mAh/g. Battery cells also
showed a cell voltage reached 4.4 V.
Keywords: cathode, lithium battery, conductivity and polyvynilidene fluoride
Universitas Sumatera Utara
DENGAN VARIASI SUHU PENGERINGAN
SKRIPSI
MEILIA KRISANTI
110801015
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
DENGAN VARIASI SUHU PENGERINGAN
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
MEILIA KRISANTI
1108011015
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C DENGAN
VARIASI SUHU PENGERINGAN
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan-ringkasan masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan,
Mei 2015
Meilia Krisanti
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Alhamdulillah, puji syukur kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam yang telah
memberikan rahmat dan karunia sehingga penulis dapat menyelasikan tugas akhir.
Salawat beriring salam teruntuk Nabi besar Muhammad SAW yang menjadi
teladan dalam menjalani kehidupan.
Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar
sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera
Utara.
Untuk
memenuhi
persyaratan
tersebut
diatas
penulis
mengerjakan tugas akhir dengan judul μ “Pembuatan Lembaran Katoda
LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
Dengan
Variasi
Suhu
Pengeringan”.
Yang
dilaksanakan di laboratorium Baterai Lithium Indonesia dan laboratorium material
Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI Serpong, Tangerang Selatan sesuai dengan
waktu yang telah di tetapkan. Penulis ingin menyampaikan ungkapan terima kasih
kepada:
1.
Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika Universitas
Sumatera Utara, Drs. Syahrul Humaidi, MSc. 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.
2.
Awan Maghfirah S.Si.,M.Si selaku dosen pembimbing I, Dr. Ir Bambang
Prihandoko,M.T selaku dosen pembimbing II di LIPI, Prof. Dr. Eddy
Marlianto,M.Sc selaku ketua penguji, Drs. Aditia Warman,M.Si. selaku
sekretaris penguji, dan Prof. Dr. Zuriah Sitorus,MS selaku anggota penguji
yang telah memberikan kritik, saran, dan arahan kepada penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini.yang telah bersedia meluangkan waktu untuk
membimbing penulis dalam melakukan penelitian dan penyelesaian skripsi
ini.
3.
Prof. Pardamean Sebayang, M.S, Slamet Priyono,M.Si dan seluruh staf
peneliti baterai beserta pegawai administrasi di Pusat Penelitian Fisika (P2F)
Universitas Sumatera Utara
LIPI yang telah memberikan bimbingan, dorongan dan masukan kepada
penulis serta fasilitas kepada penulis selama penelitian.
4.
Orangtua dan keluarga tercinta yang selalu memberikan dukungan moral dan
spiritual kepada penulis.
5.
Khairani Nasution, Shelly Maharani, Suci Purnama Sari, Kartika Sari, Yuni
Aulia Umi, Sri Rakhmawati, Leni Daulay dan seluruh mahasiswa Fisika
angkatan 2011 yang memberi dukungan dan bantuan.
6.
Rekan-rekan kelompok baterai di Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI Mas
Eddy, Kak Ali, Kak Resa yang selalu siap membantu saya di laboratorium
baterai.
Penulis berharap tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pengembangan
ilmu pengetahuan dalam bidang material katoda pada baterai lithium ion. Penulis
mengharapkan kritik dan masukan yang membangun atas hasil penelitian ini sebagai
proses perkembangan ilmu pengetahuan.
Penulis
Meilia Krisanti
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Grafik
Daftar Lampiran
Halaman
i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi
xii
BAB 1. 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
2
3
3
3
4
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Baterai Lithium
2.2. Prinsip Kerja Baterai Lithium Ion
2.3. Bahan Elektroda
2.3.1. Material Katoda
2.4. Bahan Pembentuk Lembaran Katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
2.4.1. Polyvinyl Difluoride (PVdF)
2.4.2. Zat Aditif Acetylene Black (AB)
2.4.3. Pelarut N,N DMAC ( Dimethyl-acetamide)
2.5. Karakterisasi Material Aktif dan Lembaran Katoda
2.5.1. X-Ray Diffraction (XRD)
2.5.2. Scanning Electron Microscope (SEM)
2.6. Karaterisasi Sel Baterai
2.6.1. Electrochemical Impedance Spectrometry (EIS)
2.6.2. Cyclic Voltammetry (CV)
2.6.3. Charge-Discharge
5
8
9
9
12
13
14
14
15
15
16
16
16
17
18
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
3.2. Peralatan dan Bahan Penelitian
3.2.1. Peralatan
3.2.1.1. Alat
20
20
20
20
Universitas Sumatera Utara
3.2.1.2 Alat Karakterisasi
3.2.2. Bahan
3.3. Prosedur Penelitian
3.3.1. Diagram Alir Penelitian
3.3.2. Tahap Pembuatan Lembaran Katoda
3.3.3. Tahap Assembly Baterai Coin Cell
21
22
22
23
24
26
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Analisa XRD Material Aktif LiFe0.7Mn0.2Ni01PO4/C
4.2. Hasil Pengujian Morfologi Sampel
4.3. Hasil dan Analisa Pengujian EIS
4.3.1. Sampel dengan Suhu Pengeringan 60oC
4.3.2. Sampel dengan Suhu Pengeringan 70oC
4.3.3. Sampel dengan Suhu Pengeringan 80oC
4.4. Hasil dan Analisa Pengujian Cyclic Voltammetry (CV)
4.4.1. Sampel dengan Suhu Pengeringan 60oC
4.4.2. Sampel dengan Suhu Pengeringan 70oC
4.4.3. Sampel dengan Suhu Pengeringan 80oC
4.5. Hasil dan Analisa Pengujian Charge-Discharge
4.5.1. Sampel dengan Suhu Pengeringan 60oC
4.5.2. Sampel dengan Suhu Pengeringan 70oC
4.5.3. Sampel dengan Suhu Pengeringan 80oC
27
29
31
32
33
34
35
36
37
38
39
39
40
42
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
5.2. Saran
44
44
DAFTAR PUSTAKA
45
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
Judul
Halaman
Tabel 2.1. Karakteristik Elektrokimia Dari Beberapa Material Katoda
12
Tabel 2.2. Sifat umum Lithium Hexafluorophosphate
14
Tabel 2.3. Sifat umum Polyvinylidene Difluoride (PVdF)
16
Tabel 2.2. Sifat Fisik dan Kimia Acetylene Black (AB)
14
Tabel 2.5. Sifat umum N,N DMAC (N,N Dimethyl-acetamide )
17
Tabel 3.1. Kode sampel variasi pemanasan.
25
Tabel 4.1. Material Aktif LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
28
Tabel 4.2. Hasil pengukuran konduktifitas pada suhu 60oC
o
32
Tabel 4.3. Hasil pengukuran konduktifitas pada suhu 70 C
33
Tabel 4.4. Hasil pengukuran konduktifitas pada suhu 80oC
34
Tabel 4.5. Massa material aktif lembaran katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
Tabel 4.6. Parameter Pengujian charge-discharge
39
40
sel baterai LiFe0.7Mn0.2Ni0.1Po4/C suhu 60oC
Tabel 4.7. Parameter Pengujian charge-discharge
41
o
sel baterai LiFe0.7Mn0.2Ni0.1Po4/C suhu 70 C
Tabel 4.8. Parameter Pengujian charge-discharge
42
sel baterai LiFe0.7Mn0.2Ni0.1Po4/C suhu 80oC
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
Gambar 2.1.
Judul
Halaman
Proses interkalasi pada baterai ion lithium saat
8
charge dan discharge
Gambar 2.2.
Tiga model host dari bahan katoda dan anoda
9
Gambar 2.2.
Fenomena konduktifitas ionik dan elektronik
10
pada material katoda
Gambar 2.4.
Ikatan partikel komposit baterai lithium ion
13
Gambar 2.5.
Voltamogram siklik reaksi reduksi-oksidasi
18
Gambar 3.1.
Lembaran katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
25
yang telah dikeringkan
Gambar 3.2.
Ukuran sel baterai katoda
26
Gambar 3.3.
Susunan baterai sekunder berbentuk coin cell
26
Gambar 4.1.
Permukaan sampel lembaran katoda
30
LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C dengan perbesaran 1000 kali
(a) suhu pengeringan 60oC
(b) suhu pengeringan 70oC dan
(c) suhu pengeringan 80oC
Gambar 4.2.
Grafik Cole-Cole plot untuk suhu pengeringan 60oC
32
Gambar 4.3.
Grafik Cole-Cole plot untuk suhu pengeringan 70oC
33
Gambar 4.4.
Grafik Cole-Cole plot untuk suhu pengeringan 80oC
34
Gambar 4.5.
Grafik hubungan onduktifitas material katoda dengan variasi
35
suhu pengeringan.
Gambar 4.6.
Kurva sel Li//LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C dengan suhu
36
pengeringan 60oC
Gambar 4.7.
Kurva sel Li//LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C dengan suhu
37
pengeringan 70oC
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.8.
Kurva sel Li//LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C dengan suhu
38
o
pengeringan 80 C
Grafik kapasitas charge-discharge sampel 60oC
40
Gambar 4.10. Grafik kapasitas charge-discharge sampel 70oC
41
Gambar 4.11. Grafik kapasitas charge-discharge sampel 80oC
42
Gambar 4.9.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GRAFIK
Nomor
Grafik
Grafik 4.1.
Judul
Hasil uji identifikasi material aktif katoda
Halaman
27
LiFe0.7Mn0.2Ni01PO4/C.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran
A
B
C
D
E
F
G
H
Judul
Halaman
Perhitungan Komposisi Sampel dan Analisa
Alat-alat Percobaan
Bahan-bahan Percobaan
Sampel Pengujian
Alat Pengujian
Hasil Pengujian XRD
Hasil Uji Konduktifitas Dengan EIS
Hasil Pengujian Charge-Discharge
L1
L5
L8
L9
L10
L11
L17
L21
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
DENGAN VARIASI SUHU PENGERINGAN
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian pembuatan lembaran katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
yang akan digunakan sebagai katoda pada sel baterai lithium ion. Bahan yang
dipergunakan adalah serbuk material aktif LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C yang berfungsi
sebagai filler , sedangkan bahan polimer polyvynilidene flouride (PVdF) sebagai
matrik, bahan aditif konduktif yaitu acetylene black dan pelarut DMAC dengan
perbandingan komposisi 85 : 10 : 5. Teknik pembuatan menggunakan metoda
doctor blade. Penelitian dilakukan untuk mendapatkan optimasi suhu pengeringan
dalam pembuatan lembaran katoda dengan melakukan variasi suhu pengeringan
60oC,70oC dan 80oC. Identifikasi fasa yang terbentuk dari serbuk material aktif
katoda dilakukan dengan X-ray Diffraction (XRD). Struktur morfologi lembaran
dengan SEM. Pengujian performa lembaran katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
sebagai sel katoda baterai lithium ion dibentuk dalam coin cell. Dari penelitian ini
didapatkan konduktifitas tertinggi yang diukur dengan alat Electrochemical
Impedance Spectroscopy (EIS) adalah 3,1 x 10-5 S/cm dihasilkan dari suhu
pengeringan 80oC. Hasil uji cyclic voltammetry lembaran katoda memiliki siklus
reversible dengan memiliki kemampuan untuk proses oksidasi-reduksi. Pengujian
charge/discharge pada suhu pengeringan 80oC menunjukkan spesifik kapasitas
discharge sebesar 4,1 mAh/g. Sel baterai juga menunjukkan tegangan sel
mencapai 4,4 V.
Kata kunci: katoda, baterai lithium, konduktifitas dan polyvynilidene flourida
Universitas Sumatera Utara
PREPARATION OF LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C CATHODE SHEETS
WITH VARIOUS OF DRYING TEMPERATURE
ABSTRACT
A research on the preparation of LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C cathode sheets wich will
be used as cathode of lithium-ion battery has been conducted. The starting
materials are active material powder of LiFe 0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C as filler, whereas
the polymer material PVdF as matrix, conductive additives are acetylene black
and DMAC solvent with composition ratio of 85 : 10 : 5. The samples were
prepared by using doctor blade methode. Research has been done to get optimum
drying temperature in the fabrication of cathode sheets by doing a variety of
drying temperature is 60oC, 70oC and 80oC. Identification phase from the active
material powder of cathode was done by X-ray Diffraction (XRD). Morphological
structure sheet with SEM. Testing the performance of the cathode sheets
LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C as cell lithium ion battery cathode formed in the coin cell.
The research showed that the LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C cathode sheets has a highest
conductivity was 3,1 x 10-5 S/cm on drying temperature of 80oC. The test results of
cyclic voltammetry cathode sheets have a reversible cycle with the ability for
oxidation-reduction process. Battery performance was analyzed by
charge/discharge capacity test. The drying temperature of 80°C showed discharge
specific capacity of LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C is 4,1 mAh/g. Battery cells also
showed a cell voltage reached 4.4 V.
Keywords: cathode, lithium battery, conductivity and polyvynilidene fluoride
Universitas Sumatera Utara