Sintesis Lithium Mangan Oksida (LiMn2O4) untuk Katoda Baterai Lithium Ion
SINTESIS LITHIUM MANGAN OKSIDA (LiMn2O4) UNTUK KATODA
BATERAI LITHIUM ION
SKRIPSI
NURCITRA REHULINA BR GINTING
130801059
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS LITHIUM MANGAN OKSIDA (LiMn2O4) UNTUK KATODA
BATERAI LITHIUM
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana
Sains
NURCITRA REHULINA BR GINTING
130801059
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
SINTESIS LITHIUM MANGAN OKSIDA (LiMn2O4) UNTUK KATODA
BATERAI LITHIUM ION
OLEH:
NURCITRA REHULINA BR GINTING
NIM: 130801059
Disetujui Oleh:
Komisi Pembimbing
Slamet Priyono, S.Si, M.T
NIP. 198610152009121004
Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc
NIP. 196505171993031009
Diketahui Oleh:
Departemen Fisika FMIPA USU
Pusat Penelitian Fisika-LIPI
Ketua,
Kepala,
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS
NIP. 195903101987031002
Dr. Bambang Widiyatmoko M.Eng.
NIP. 196204301988031001
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
PERSETUJUAN
Judul
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
: Sintesis Lithium Mangan Oksida (LiMn2O4)
untuk Katoda Baterai Lithium Ion
: Skripsi
: Nurcitra Rehulina Br Ginting
: 1308010159
: Sarjana (S1) Fisika
: Fisika
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Disetujui di
Medan, Mei 2017
Komisi Pembimbing
Pembimbing 2,
Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc
NIP. 196505171993031009
Pembimbing 1,
Slamet Priyono S.Si, M.T
NIP. 198610152009121004
Disetujui oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS
NIP. 195903101987031002
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
SINTESIS LITHIUM MANGAN OKSIDA (LiMn2O4) UNTUK KATODA
BATERAI LITHIUM ION
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri. Kecuali
beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan
sumbernya.
Medan, Juli 2017
NURCITRA REHULINA BR GINTING
130801059
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
N
PENGHARGAAN
Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat,
rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Shalawat beriring salam penulis ucapkan teruntuk Nabi Muhammad SAW, sosok
suri tauladan bagi umat islam, semoga senantiasa mengalir syafa’at beliau di hari
akhir kelak, amiin ya rabbal’alamiin. Laporan Tugas Akhir dengan judul Sintesis
Lithium Mangan Oksida (LiMn2O4) untuk Katoda Baterai Lithium Ion ini diajukan
untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar Sarjana Fisika. Penelitian ini
dilakukan di Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI Serpong, Tangerang Selatan.
Penulis menyadari bahwa selama proses penulisan skripsi ini hingga
terselesaikannya penyusunan skripsi ini banyak sekali bimbingan dan bantuan dari
berbagai pihak. Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada
Kedua Orang Tua Tercinta, Ayahanda Horas Ginting dan Ibunda Herningseh atas
do’a, kasih sayang, serta pengorbanan yang telah diberikan. Kepada kakak Dewi
Primadona A.md, Abang Hengki Arabia, S.T dan Riko Ramadhan, S.E, serta Adik
Bima Trianda yang selalu senantiasa ada dalam memberikan semangat, perhatian
dan dukungannya. Terimakasih kepada Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas
Sumatera Utara. Terimakasih kepada Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S dan Bapak
Awan Maghfirah, S.Si, M.Si selaku ketua dan sekretaris Departemen Fisika FMIPA
USU. Terimakasih kepada Bapak Slamet Priyono, S.Si, M.T selaku dosen
pembimbing I dan Bapak Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing II
yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing dan memberikan banyak
ilmu pengetahuan serta arahan kepada penulis dalam meyelesaikan skripsi ini.
Kepada Bapak Dr. Kurnia Sembiring, M.S dan Ibu Dra. Sudiati, M.Si selaku dosen
penguji dan seluruh staf pengajajar serta pegawai Administrasi di Departemen Fisika
Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih kepada Bapak Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng, selaku
Kepala Laboratorium Pusat Penelitian Fisika P2F-LIPI Serpong. Terima kasih
kepada Bapak Dr. Ir. Bambang Prihandoko, M.T selaku ketua Tim Baterai di LP2F
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
N
LIPI dan dosen-dosen pembimbing di bagian baterai yang telah membantu
memberikan saran dalam proses penelitian di P2F LIPI serta semua pihak yang telah
membantu penulis selama penyelesaian skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh
karena itu, penulis mengharapkan kritik dan masukan yang membangun atas hasil
penelitian ini. Semoga skripsi ini dapat memberi manfaat dan kontribusi dalam
pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya baterai.
Medan, Juli 2017
Nurcitra Rehulina Br Ginting
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS LITHIUM MANGAN OKSIDA (LiMn2O4) UNTUK KATODA
BATERAI LITHIUM ION
ABSTRAK
Telah disintesis material katoda LiMn2O4 untuk baterai Li-ion dengan
metode solid state reaction. Dalam penelitian ini, sintesis dilakukan dengan variasi
sumber lithium. Bahan baku yang digunakan berupa LiOH.H2O, MnO2 dan Li2CO3
yang dicampurkan menjadi prekursor LiMn2O4. Prekursor ini di sintering pada
temperatur 8000C selama 4 jam dalam atmosfer udara menjadi serbuk. Serbuk
tersebut ditumbuk dan diayak menjadi partikel yang lebih halus. Serbuk
dikarakterisasi dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) untuk
mengidentifikasi
fasa dan struktur Kristal. Serbuk tersebut juga diukur
wavenumbernya dengan menggunakan Fourier Transform Infra Red (FTIR) untuk
mengetahui gugus fungsi. Lembaran LiMn2O4 dibuat dengan mencampurkan
material aktif dengan PVDF dan AB dengan perbandingan 85%: 10%: 5% dengan
menggunakan pelarut N,N-Dimethylacetamide (DMAC) menjadi slurry. Kemudian
slurry dilapiskan pada Al foil menjadi sebuah lembaran. Automatic battery cycler
digunakan untuk mengukur performa elektrokimia dan kapasitas spesifik sel baterai.
Analisa XRD menunjukkan sampel yang disintesis dengan Li2CO3 memiliki tingkat
kristalinitas dan kemurnian yang lebih tinggi daripada sampel yang disintesis dengan
LiOH.H2O. Analisa FTIR menunjukkan bahwa kedua sampel memiliki gugus fungsi
yang sama tetapi sampel dengan sumber Li2CO3 cenderung untuk mengalami
degradasi. Data Cyclic Voltammetry menunjukkan sampel dengan LiOH.H2O
memiliki performa elektrokimia yang lebih baik. Hal ini ditunjukkan dengan adanya
dua pasang puncak oksidasi/reduksi lebih tajam dari pada sampel dengan Li2CO3,
tetapi sampel dengan Li2CO3 memiliki kapasitas spesifik yang lebih tinggi (64,78
mAh/g) dari pada sampel dengan LiOH.H 2O (51,59 mAh/g).
Kata Kunci : Material katoda, Performa elektrokimia, Baterai Li-ion, Lithium
Mangan Oksida,
Universitas Sumatera Utara
SYNTHESIS LITHIUM MANGANESE OXIDE (LiMn2O4) FOR LITHIUM
ION BATTERY CATHODE
ABSTRACT
LiMn2O4 as cathode material for Li ion battery has been synthesized via
solid state reaction method. In this research, the synthesis has been done by varying
of lithium source. Raw materials such as LiOH.H2O, MnO2 and Li2CO3 were mixed
to become precursors of LiMn2O4. The precursors were sintered with high
temperature furnace at 8000C for 4 hours in air atmosphere become final product.
The final products were grinded and sieved to become finer particle. The products
were characterized by X-Ray Diffraction (XRD) to identify phases and crystal
structure. Those also measured wavenumber with Fourier Transform Infra Red
(FTIR) to find functional group. LiMn2O4 sheets were prepared by mixing active
material with PVDF and AB in ratio 85%: 10%: 5% wt in N,N-Dimethylacetamide
(DMAC) solvents to form slurry. Then slurry was coated on Al foil to form a sheet.
Automatic battery cycler was used to measure electrochemical performance and
specific capacity of the cell. XRD analysis showed that sample synthesized with
Li2CO3 has higher crystalinity and more pristine than sample synthesized with
LiOH.H2O. FTIR analysis revealed that both of samples have identically functional
group but sample with Li2CO3 source tend to degradable. Cyclic voltammetry data
gave information that sample with LiOH.H2O source has better electrochemical
performance. It showed double oxidation/reduction peaks more clearly than sample
with Li2CO3. but, sample with Li2CO3 source has higher specific capacity (64,78
mAh/g) than sample with LiOH.H2O (51,59 mAh/g).
Keywords : Cathode material, electrochemical performance, Li-ion batteries,
Lithium mangan oksida,
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERSETUJUAN
PERNYATAAN
PENGHARGAAN
ABSTRAK
ABSTRACT
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR SINGKATAN
BAB 1
BAB 2
i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi
xii
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
1.2. Rumusan Masalah
1.3. Batasan Penelitian
1.4. Tujuan Masalah
1.5. Manfaat penelitian
1.6. Sistematika Penulisan
1
3
3
3
4
4
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Baterai
2.2. Baterai Lithium Ion
2.3. Bagian-Bagian Baterai Lithium Ion
2.3.1. Elektroda Negatif (Anoda)
2.3.2. Elektroda Positif (Katoda)
2.3.3. Elektrolit
2.3.4. Separator
2.4. Material Katoda Untuk Baterai Lithium Ion
2.4.1. LiCoO2
2.4.2. LiFePO4
2.4.3. LiMn2O4 (LMO)
2.4.4. LiNiO2
2.5. Karakterisasi dan Pengujian
2.5.1. XRD
2.5.2. FTIR
2.5.3. Cyclic Voltammetry
2.5.4. Charge-Discharge
5
5
6
7
7
9
10
11
12
12
12
14
14
14
16
17
18
Universitas Sumatera Utara
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1. Tempat Dan Waktu Penelitian
3.2. Bahan dan Peralatan Penelitian
3.2.1. Bahan Penelitian
3.2.2. Peralatan Penelitian
3.3. Perhitungan Massa bahan
3.4. Tahapan Penelitian
3.4.1. Proses Pembuatan serbuk LiMn2O4
3.4.2. Proses Pembuatan lembaran katoda LiMn2O4
3.5. Prosedur Penelitian
3.5.1. Proses Pembuatan serbuk LiMn2O4
3.5.2. Proses Pembuatan lembaran katoda LiMn2O4
19
19
19
20
21
22
22
23
24
24
24
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHSAN
4.
4.1. Lembaran Katoda LiMn2O4 dengan Variasi bahan
baku
4.2. Analisa Struktur Kristal serbuk LiMn2O4 dengan XRD
4.3. Pengamatan Gugus Fungsi dengan FTIR
4.4. Karakterisasi Performa Elektrokimia
4.4.1. Pengujian CV (Cyclic Voltammetry)
4.4.2. Pengujian CD (Charge-Discharge)
26
26
28
31
31
33
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
35
35
DAFTAR PUSTAKA
36
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel
1.
2.
3.
Sifat bahan katoda dalam baterai Li-ion
8
a Massa bahan baku pembuatan serbuk LiMn2O4
Perbandingan komposisi bahan pembuatan lembaran
21
21
LiMn2O4
4.
Akumulasi data wavenumber dari sampel A dan B
30
menggunakan FTIR yang dicocokkan berdasarkan
literature
5.
Parameter puncak sampel A (LiOH.H2O) dan sampel B
32
(Li2CO3) dari LiMn2O4
6.
Data analisa charge/discharge pada LiMn2O4
33
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar
1.
Proses charging dan discharging Pada Baterai Lithium
6
ion
2.
Fenomena konduktifitas Ionik dan elektronik pada
8
material katoda
3.
Ilustrasi Skematis pada Struktur Host dari (a) LiCoO2
11
(Struktur Layered), (b) LiMn2O4 (Struktur Spinel), dan
(c) LiFePO4 (Struktur Olivine)
4.
Struktur Spinel Lithium Mangan Oksida (LiMn2O4)
13
5.
Struktur Oksida Layered LiMO2
14
6.
(a) Representasi geometri menurut Hukum Bragg dan
15
(b) Instrumentasi susunan difraktometer geometri
Bragg-Brentano
7.
(a) Siklik potensial sweep dan (b) Hasil voltamogram
17
siklik
8.
Kurva charge-discharge baterai lithium ion
18
9.
Hasil lembaran katoda LiMn2O4 pada sampel A dan
26
sampel B
10.
Grafik bidang kristal hasil XRD LiMn2O4 pada sampel
27
A dan sampel B
11.
Hasil analisis spektrofotometri FTIR pada sampel A dan
29
sampel B
12.
Grafik Cyclic Voltammetry katoda LiMn2O4 pada
31
sampel A dan sampel B
13.
Grafik Charge-Discharge pada sampel a dan b
33
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
Lamp
1.
Perhitungan stoikiometri
39
2.
Perbandingan komposisi bahan LiMn2O4 :
42
PVDF : AB
3.
Perhitungan massa lembaran bahan
42
4.
Jarak Bidang Kristal
43
5.
Gambar Bahan
44
6.
Gambar Peralatan
46
7.
Peak List dan Profile XRD
49
8.
PDF card LiMn2O4
55
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
DMAC
= Dimethylacetamide
PVDF
= Polyvinylidene Fluoride
WBCS
= WonAtech Battery Cycler System
XRD
= X-Ray Diffraction
FTIR
= Fourier Transform Infra Red
CV
= Cyclic Voltammetri
CD
= Charge-Discharge
Universitas Sumatera Utara
BATERAI LITHIUM ION
SKRIPSI
NURCITRA REHULINA BR GINTING
130801059
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS LITHIUM MANGAN OKSIDA (LiMn2O4) UNTUK KATODA
BATERAI LITHIUM
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana
Sains
NURCITRA REHULINA BR GINTING
130801059
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
SINTESIS LITHIUM MANGAN OKSIDA (LiMn2O4) UNTUK KATODA
BATERAI LITHIUM ION
OLEH:
NURCITRA REHULINA BR GINTING
NIM: 130801059
Disetujui Oleh:
Komisi Pembimbing
Slamet Priyono, S.Si, M.T
NIP. 198610152009121004
Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc
NIP. 196505171993031009
Diketahui Oleh:
Departemen Fisika FMIPA USU
Pusat Penelitian Fisika-LIPI
Ketua,
Kepala,
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS
NIP. 195903101987031002
Dr. Bambang Widiyatmoko M.Eng.
NIP. 196204301988031001
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
PERSETUJUAN
Judul
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
: Sintesis Lithium Mangan Oksida (LiMn2O4)
untuk Katoda Baterai Lithium Ion
: Skripsi
: Nurcitra Rehulina Br Ginting
: 1308010159
: Sarjana (S1) Fisika
: Fisika
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Disetujui di
Medan, Mei 2017
Komisi Pembimbing
Pembimbing 2,
Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc
NIP. 196505171993031009
Pembimbing 1,
Slamet Priyono S.Si, M.T
NIP. 198610152009121004
Disetujui oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS
NIP. 195903101987031002
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
SINTESIS LITHIUM MANGAN OKSIDA (LiMn2O4) UNTUK KATODA
BATERAI LITHIUM ION
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri. Kecuali
beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan
sumbernya.
Medan, Juli 2017
NURCITRA REHULINA BR GINTING
130801059
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
N
PENGHARGAAN
Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat,
rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Shalawat beriring salam penulis ucapkan teruntuk Nabi Muhammad SAW, sosok
suri tauladan bagi umat islam, semoga senantiasa mengalir syafa’at beliau di hari
akhir kelak, amiin ya rabbal’alamiin. Laporan Tugas Akhir dengan judul Sintesis
Lithium Mangan Oksida (LiMn2O4) untuk Katoda Baterai Lithium Ion ini diajukan
untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar Sarjana Fisika. Penelitian ini
dilakukan di Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI Serpong, Tangerang Selatan.
Penulis menyadari bahwa selama proses penulisan skripsi ini hingga
terselesaikannya penyusunan skripsi ini banyak sekali bimbingan dan bantuan dari
berbagai pihak. Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada
Kedua Orang Tua Tercinta, Ayahanda Horas Ginting dan Ibunda Herningseh atas
do’a, kasih sayang, serta pengorbanan yang telah diberikan. Kepada kakak Dewi
Primadona A.md, Abang Hengki Arabia, S.T dan Riko Ramadhan, S.E, serta Adik
Bima Trianda yang selalu senantiasa ada dalam memberikan semangat, perhatian
dan dukungannya. Terimakasih kepada Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas
Sumatera Utara. Terimakasih kepada Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S dan Bapak
Awan Maghfirah, S.Si, M.Si selaku ketua dan sekretaris Departemen Fisika FMIPA
USU. Terimakasih kepada Bapak Slamet Priyono, S.Si, M.T selaku dosen
pembimbing I dan Bapak Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing II
yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing dan memberikan banyak
ilmu pengetahuan serta arahan kepada penulis dalam meyelesaikan skripsi ini.
Kepada Bapak Dr. Kurnia Sembiring, M.S dan Ibu Dra. Sudiati, M.Si selaku dosen
penguji dan seluruh staf pengajajar serta pegawai Administrasi di Departemen Fisika
Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih kepada Bapak Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng, selaku
Kepala Laboratorium Pusat Penelitian Fisika P2F-LIPI Serpong. Terima kasih
kepada Bapak Dr. Ir. Bambang Prihandoko, M.T selaku ketua Tim Baterai di LP2F
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
N
LIPI dan dosen-dosen pembimbing di bagian baterai yang telah membantu
memberikan saran dalam proses penelitian di P2F LIPI serta semua pihak yang telah
membantu penulis selama penyelesaian skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh
karena itu, penulis mengharapkan kritik dan masukan yang membangun atas hasil
penelitian ini. Semoga skripsi ini dapat memberi manfaat dan kontribusi dalam
pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya baterai.
Medan, Juli 2017
Nurcitra Rehulina Br Ginting
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS LITHIUM MANGAN OKSIDA (LiMn2O4) UNTUK KATODA
BATERAI LITHIUM ION
ABSTRAK
Telah disintesis material katoda LiMn2O4 untuk baterai Li-ion dengan
metode solid state reaction. Dalam penelitian ini, sintesis dilakukan dengan variasi
sumber lithium. Bahan baku yang digunakan berupa LiOH.H2O, MnO2 dan Li2CO3
yang dicampurkan menjadi prekursor LiMn2O4. Prekursor ini di sintering pada
temperatur 8000C selama 4 jam dalam atmosfer udara menjadi serbuk. Serbuk
tersebut ditumbuk dan diayak menjadi partikel yang lebih halus. Serbuk
dikarakterisasi dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) untuk
mengidentifikasi
fasa dan struktur Kristal. Serbuk tersebut juga diukur
wavenumbernya dengan menggunakan Fourier Transform Infra Red (FTIR) untuk
mengetahui gugus fungsi. Lembaran LiMn2O4 dibuat dengan mencampurkan
material aktif dengan PVDF dan AB dengan perbandingan 85%: 10%: 5% dengan
menggunakan pelarut N,N-Dimethylacetamide (DMAC) menjadi slurry. Kemudian
slurry dilapiskan pada Al foil menjadi sebuah lembaran. Automatic battery cycler
digunakan untuk mengukur performa elektrokimia dan kapasitas spesifik sel baterai.
Analisa XRD menunjukkan sampel yang disintesis dengan Li2CO3 memiliki tingkat
kristalinitas dan kemurnian yang lebih tinggi daripada sampel yang disintesis dengan
LiOH.H2O. Analisa FTIR menunjukkan bahwa kedua sampel memiliki gugus fungsi
yang sama tetapi sampel dengan sumber Li2CO3 cenderung untuk mengalami
degradasi. Data Cyclic Voltammetry menunjukkan sampel dengan LiOH.H2O
memiliki performa elektrokimia yang lebih baik. Hal ini ditunjukkan dengan adanya
dua pasang puncak oksidasi/reduksi lebih tajam dari pada sampel dengan Li2CO3,
tetapi sampel dengan Li2CO3 memiliki kapasitas spesifik yang lebih tinggi (64,78
mAh/g) dari pada sampel dengan LiOH.H 2O (51,59 mAh/g).
Kata Kunci : Material katoda, Performa elektrokimia, Baterai Li-ion, Lithium
Mangan Oksida,
Universitas Sumatera Utara
SYNTHESIS LITHIUM MANGANESE OXIDE (LiMn2O4) FOR LITHIUM
ION BATTERY CATHODE
ABSTRACT
LiMn2O4 as cathode material for Li ion battery has been synthesized via
solid state reaction method. In this research, the synthesis has been done by varying
of lithium source. Raw materials such as LiOH.H2O, MnO2 and Li2CO3 were mixed
to become precursors of LiMn2O4. The precursors were sintered with high
temperature furnace at 8000C for 4 hours in air atmosphere become final product.
The final products were grinded and sieved to become finer particle. The products
were characterized by X-Ray Diffraction (XRD) to identify phases and crystal
structure. Those also measured wavenumber with Fourier Transform Infra Red
(FTIR) to find functional group. LiMn2O4 sheets were prepared by mixing active
material with PVDF and AB in ratio 85%: 10%: 5% wt in N,N-Dimethylacetamide
(DMAC) solvents to form slurry. Then slurry was coated on Al foil to form a sheet.
Automatic battery cycler was used to measure electrochemical performance and
specific capacity of the cell. XRD analysis showed that sample synthesized with
Li2CO3 has higher crystalinity and more pristine than sample synthesized with
LiOH.H2O. FTIR analysis revealed that both of samples have identically functional
group but sample with Li2CO3 source tend to degradable. Cyclic voltammetry data
gave information that sample with LiOH.H2O source has better electrochemical
performance. It showed double oxidation/reduction peaks more clearly than sample
with Li2CO3. but, sample with Li2CO3 source has higher specific capacity (64,78
mAh/g) than sample with LiOH.H2O (51,59 mAh/g).
Keywords : Cathode material, electrochemical performance, Li-ion batteries,
Lithium mangan oksida,
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERSETUJUAN
PERNYATAAN
PENGHARGAAN
ABSTRAK
ABSTRACT
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR SINGKATAN
BAB 1
BAB 2
i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi
xii
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
1.2. Rumusan Masalah
1.3. Batasan Penelitian
1.4. Tujuan Masalah
1.5. Manfaat penelitian
1.6. Sistematika Penulisan
1
3
3
3
4
4
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Baterai
2.2. Baterai Lithium Ion
2.3. Bagian-Bagian Baterai Lithium Ion
2.3.1. Elektroda Negatif (Anoda)
2.3.2. Elektroda Positif (Katoda)
2.3.3. Elektrolit
2.3.4. Separator
2.4. Material Katoda Untuk Baterai Lithium Ion
2.4.1. LiCoO2
2.4.2. LiFePO4
2.4.3. LiMn2O4 (LMO)
2.4.4. LiNiO2
2.5. Karakterisasi dan Pengujian
2.5.1. XRD
2.5.2. FTIR
2.5.3. Cyclic Voltammetry
2.5.4. Charge-Discharge
5
5
6
7
7
9
10
11
12
12
12
14
14
14
16
17
18
Universitas Sumatera Utara
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1. Tempat Dan Waktu Penelitian
3.2. Bahan dan Peralatan Penelitian
3.2.1. Bahan Penelitian
3.2.2. Peralatan Penelitian
3.3. Perhitungan Massa bahan
3.4. Tahapan Penelitian
3.4.1. Proses Pembuatan serbuk LiMn2O4
3.4.2. Proses Pembuatan lembaran katoda LiMn2O4
3.5. Prosedur Penelitian
3.5.1. Proses Pembuatan serbuk LiMn2O4
3.5.2. Proses Pembuatan lembaran katoda LiMn2O4
19
19
19
20
21
22
22
23
24
24
24
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHSAN
4.
4.1. Lembaran Katoda LiMn2O4 dengan Variasi bahan
baku
4.2. Analisa Struktur Kristal serbuk LiMn2O4 dengan XRD
4.3. Pengamatan Gugus Fungsi dengan FTIR
4.4. Karakterisasi Performa Elektrokimia
4.4.1. Pengujian CV (Cyclic Voltammetry)
4.4.2. Pengujian CD (Charge-Discharge)
26
26
28
31
31
33
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
35
35
DAFTAR PUSTAKA
36
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel
1.
2.
3.
Sifat bahan katoda dalam baterai Li-ion
8
a Massa bahan baku pembuatan serbuk LiMn2O4
Perbandingan komposisi bahan pembuatan lembaran
21
21
LiMn2O4
4.
Akumulasi data wavenumber dari sampel A dan B
30
menggunakan FTIR yang dicocokkan berdasarkan
literature
5.
Parameter puncak sampel A (LiOH.H2O) dan sampel B
32
(Li2CO3) dari LiMn2O4
6.
Data analisa charge/discharge pada LiMn2O4
33
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar
1.
Proses charging dan discharging Pada Baterai Lithium
6
ion
2.
Fenomena konduktifitas Ionik dan elektronik pada
8
material katoda
3.
Ilustrasi Skematis pada Struktur Host dari (a) LiCoO2
11
(Struktur Layered), (b) LiMn2O4 (Struktur Spinel), dan
(c) LiFePO4 (Struktur Olivine)
4.
Struktur Spinel Lithium Mangan Oksida (LiMn2O4)
13
5.
Struktur Oksida Layered LiMO2
14
6.
(a) Representasi geometri menurut Hukum Bragg dan
15
(b) Instrumentasi susunan difraktometer geometri
Bragg-Brentano
7.
(a) Siklik potensial sweep dan (b) Hasil voltamogram
17
siklik
8.
Kurva charge-discharge baterai lithium ion
18
9.
Hasil lembaran katoda LiMn2O4 pada sampel A dan
26
sampel B
10.
Grafik bidang kristal hasil XRD LiMn2O4 pada sampel
27
A dan sampel B
11.
Hasil analisis spektrofotometri FTIR pada sampel A dan
29
sampel B
12.
Grafik Cyclic Voltammetry katoda LiMn2O4 pada
31
sampel A dan sampel B
13.
Grafik Charge-Discharge pada sampel a dan b
33
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
Lamp
1.
Perhitungan stoikiometri
39
2.
Perbandingan komposisi bahan LiMn2O4 :
42
PVDF : AB
3.
Perhitungan massa lembaran bahan
42
4.
Jarak Bidang Kristal
43
5.
Gambar Bahan
44
6.
Gambar Peralatan
46
7.
Peak List dan Profile XRD
49
8.
PDF card LiMn2O4
55
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
DMAC
= Dimethylacetamide
PVDF
= Polyvinylidene Fluoride
WBCS
= WonAtech Battery Cycler System
XRD
= X-Ray Diffraction
FTIR
= Fourier Transform Infra Red
CV
= Cyclic Voltammetri
CD
= Charge-Discharge
Universitas Sumatera Utara