Pembuatan Lembaran Katoda LiFe0.9Ni0.1PO4 C Dengan Variasi Suhu Pengeringan

PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe0,9Ni0,1PO4/C
DENGAN VARIASI SUHU PENGERINGAN

SKRIPSI

KHAIRANI NASUTION
110801030

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

Universitas Sumatera Utara

PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe0,9Ni0,1PO4/C
DENGAN VARIASI SUHU PENGERINGAN

SKRIPSI


Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains

KHAIRANI NASUTION
110801030

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,

Agustus 2015

Khairani Nasution
110801030

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 : Pembuatan Lembaran Katoda
LiFe0.9Ni0.1PO4/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, 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.

2.

Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing I, Dr. Ir Bambang
Prihandoko, M.T selaku dosen pembimbing II di LIPI 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)
LIPI yang telah memberikan bimbingan, dorongan dan masukan kepada
penulis serta fasilitas kepada penulis selama penelitian.

4.

Ungkapan terima kasih dan penghargaan yang sangat spesial penulis
hanturkan dengan rendah hati dan rasa hormat kepada kedua orang tua
penulis yang tercinta. Ayahanda Helmi Nasution dan Ibunda Siti Esah Lubis

Universitas Sumatera Utara

serta kedua kakak penulis yang dengan segala pengorbanannya tak akan
pernah penulis lupakan atas jasa-jasa mereka atas dorongan moril yang paling
efektif bagi kelanjutan studi penulis hingga saat ini.
5.

Meilia , Shelly , Kartika , Suci , Yuni, Sri Rahmawati, Leni dan seluruh
mahasiswa Fisika angkatan 2011 yang memberikan dukungan kepada

penulis..

6.

Rekan-rekan kelompok baterai di Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI Kak
Resa, Mas Eddy, Kak Ali yang selalu siap membantu saya di laboratorium
baterai.
Penulis berharap tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pengembangan

ilmu pengetahuan dalam bidang baterai ion lithium. Penulis mengharapkan kritik
dan masukan yang membangun atas hasil penelitian ini sebagai proses
perkembangan ilmu pengetahuan.

Penulis,

Khairani Nasution

Universitas Sumatera Utara

PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe0,9Ni0,1PO4/C

DENGAN VARIASI SUHU PENGERINGAN

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian pembuatan lembaran katoda LiFe0,9Ni0,1PO4/C yang
akan digunakan sebagai katoda pada baterai lithium. Bahan yang dipergunakan
adalah serbuk material aktif LiFe0,9Ni0,1PO4/C sebagai filler, bahan polimer PVdF
sebagai matrik, dan bahan aditif konduktif yaitu acetylene black. Teknik
pembuatan lembaran menggunakan metoda doctor blade. Penelitian dilakukan
untuk mendapatkan suhu pengeringan yang optimum dalam pembuatan lembaran
katoda dengan melakukan variasi suhu pengeringan 60oC, 80oC, 100oC.
Identifikasi fasa yang terbentuk dari sebuk material aktif katoda dilakukan dengan
XRD. Struktur morfologi lembaran dengan SEM. Dari penelitian ini didapatkan
lembaran katoda LiFe0,9Ni0,1PO4/C menghasilkan konduktifitas tertinggi dengan
alat Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) adalah 1,8 x 10-5 S/cm.
Performa baterai dilakukan dengan menggunakan pengujian kapasitas charge/
discharge. Lembaran katoda LiFe0,9Ni0,1PO4/C dengan suhu pengeringan 80oC
mengahsilkan spesifik kapasitas discharge sebesar 28,3 mAh/g sesuai dengan
hasil CV.
Kata kunci: LiFe0,9Ni0,1PO4/C, katoda, suhu pengeringan, konduktifitas listrik,

ion lithium.

Universitas Sumatera Utara

PREPARATION OF LiFe0,9Ni0,1PO4/C CATHODE SHEETS
WITH VARIOUS OF DRYING TEMPERATURE

ABSTRACT

A research on the preparation of LiFe0,9Ni0,1PO4/C cathode sheets wich will be
used as cathode of lihium battery has been conducted. The materials are active
material powders of LiFe0,9Ni0,1PO4/C as filler, the polymer material PVdF as
matriks, and conduvtive additives are acetylene black. The technique of making a
sheet is 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, 80oC, and 100oC. Identification phase from the active
material powder of cathode was done by XRD. Morphological structure sheet
with SEM. The research showed that the LiFe0,9Ni0,1PO4/C cathode sheets has a
highest conductivity was 1,8 x 10-5 S/cm. Battery performance was analyzed by
charge/ discharge capacity test. The drying temperature of 80oC showed

discharge specific capacity of LiFe0,9Ni0,1PO4/C is 28,3 mAh/g in accprdance with
the result of CV.
Keywords:

LiFe0,9Ni0,1PO4/C, cathode,
conductivity, lithium ion.

drying

temperature,

electrical

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Halaman
Persetujuan


i

Pernyataan

ii

Penghargaan

iii

Abstrak

v

Abstract

vi

Daftar Isi


vii

Daftar Tabel

ix

Daftar Gambar

x

Daftar Lampiran

xii

BAB 1. PENDAHULUAN

1

1.1 Latar Belakang

2

1.2 Rumusan Masalah

2

1.3 Tujuan Penelitian

3

1.4 Manfaat Penelitian

3

1.5 Batasan Masalah

3

1.6 Sistematika Penulisan

4

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

5

2.1 Baterai Lithium

5

2.2 Bahan Elektroda

7

2.2.1 Material Katoda

7

2.2.1.1 Litihum Iron Phospat (LiFePO4)

10

2.2.1.2 Litihum Nickel Phospat (LiNiPO4)

10

Universitas Sumatera Utara

2.2.2 Material Anoda

10

2.3 Bahan Elektrolit

11

2.4 Material Komposit

12

2.4.1 Polyvinylidene fluoride (PVdF)

13

2.4.2 Acetylene Black (AB)

13

2.4.3 Pelarut DMAC (N-Dimethylactamide)

14

2.5 Pengujian Material

15

2.5.1 X-Ray Diffraction (XRD)

15

2.5.2 Scanning Elektron Microscope (SEM)

16

2.5.3 Electrochemical Impedance (EIS)

18

2.5.4 Cyclic Voltammetry (CV)

20

2.5.5 Charge/ Discharge (CD)

21

BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN

23

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

23

3.2 Peralatan dan Bahan Penelitian

23

3.2.1 Peralatan Penelitian

22

3.2.2 Bahan Penetilian

25

3.3 Tahapan Penelitian

25

3.3.1 Pembuatan Slurry Material Aktif LiFe0,9Ni0,1PO4/C

24

3.3.2 Cetakan Lembaran Katoda LiFe0,9Ni0,1PO4/C

26

3.3.3 Proses Calendering dan Cutting

27

3.3.4 Proses Pembuatan Coin Cell

28

3.4 Diagram Alir Penelitian

29

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

30

4.1 Hasil dan Analisa XRD (X-Ray Diffraction)

30

4.2 Hasil dan Analisa SEM (Scanning Electron Miscroscope)

31

Universitas Sumatera Utara

4.3 Hasil dan Analisa EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) 34
4.4 Hasil dan Analisa CV (Cyclic Voltammetry)

39

4.5 Hasil dan Analisa CD (Charge/ Discharge)

43

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN

48

5.1Kesimpulan

48

5.2 Saran

48

DAFAR PUSTAKA

49

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

Tabel
Tabel 2.1 Karakteristik Elektrokimia Tiga Kelas dalam Penyisipan

9

Senyawa
Tabel 2.2 Sifat Umum Polyvinylidene Fluoride (PVdF)

13

Tabel 2.3 Sifat Umum Actylene Black (AB)

14

Tabel 2.4 Sifat Fisik dan Kimia DMAC

15

Tabel 4.1 Perbandingan Hasil Analisis XRD sampel LiFe0,9Ni0,1PO4/C

31

dan LiFePO4 (ICCD/ PDF 4 # 01-078-7909) sebagai
Pembanding
Tabel 4.2 Hasil Konduktifitas dengan Suhu Pengeringan 60oC

35

Tabel 4.3 Hasil Konduktifitas dengan Suhu Pengeringan 80oC

36

Tabel 4.4 Hasil Konduktifitas dengan Suhu Pengeringan 100oC

37

Tabel 4.5 Massa Material Aktif Lembaran Katoda LiFe0,9Ni0,1PO4/C

43

Tabel 4.6 Parameter Pengujian Charge/ Discharge Sel Baterai

44

LiFe0,9Ni0,1PO4/C // LiPF6// Li Metal pada Suhu
Pengeringan 60oC
Tabel 4.7 Parameter Pengujian Charge/ Discharge Sel Baterai
LiFe0,9Ni0,1PO4/C // LiPF6// Li Metal pada Suhu Pengeringan 80oC

45

Tabel 4.8 Parameter Pengujian Charge/ Discharge Sel Baterai
LiFe0,9Ni0,1PO4/C // LiPF6// Li Metal pada Suhu Pengeringan 100oC

46

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

Halaman

Gambar
Gambar 2.1 Skema Prinsip Kerja Baterai Ion Lithium

6

Gambar 2.2 Tiga Model Host dari Bahan Anoda dan Katoda

7

Gambar 2.3 Fenomena Konduktifitas Ionik dan Elektronik

8

pada Material Katoda
Gambar 2.4 Ilustrasi Skematis pada Struktur Kristal dari

9

(a) LiCo02 (Struktur Layered), (b) LiMn2O4 (Struktur Spinel),
dan (c) LiFePO4 (Struktur Olivine)
Gambar 2.5 Ikatan Partikel Komposit Baterai Ion Lithium

12

Gambar 2.6 Pola Difraksi Sinar-X yang Terhambur oleh Kisi dalam
Bidang Kristal
Gambar 2.7 Interaksi Antara Elektron dengan Permukaan Sampel

15

Gambar 2.8 Skema Scanning Elektron Microscope (SEM)

18

Gambar 2.9 Hasil Pengukuran Impedansi Komponen Sel.

19

Gambar 2.10 Voltamogram Siklik dengan Arus sebagai Fungsi Potensial

21

Gambar 3.1 Hasil Pemotongan Lembaran Katoda LiFe0.9Ni0.1PO4 /C

27

Gambar 3.2 Hasil Pemotongan Lembaran Seperator

22

Gambar 3.3 Susunan Baterai Sekunder Berbentuk Coin Cell

28

Gambar 3.4 Diagram Alir Pembuatan Lembaran Katoda

29

17

LiFe0,9Ni0,1PO4 /C
Gambar 4.1 Hasil Analisis XRD dari Sampel LiFe0,9Ni0,1PO4/C dan
LiFePO4 (ICCD / PDF 4 # 01-078-7909) Digunakan

30

Sebagai Pembanding

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.2 Hasil SEM Lembar Katoda Berupa Komposit

33

Keramik LiFe0.9Ni0.1PO4/C sebagai Filler, PVdF
sebagai Binder, dan AB sebagai Zat Aditif
Gambar 4.3 Grafik Cole-cole Plot untuk Suhu Pengeringan 60oC

35

Gambar 4.4 Grafik Cole-cole Plot untuk Suhu Pengeringan 80oC

36

Gambar 4.5 Grafik Cole-cole Plot untuk Suhu Pengeringan 100oC

37

Gambar 4.6 Hubungan Suhu Pengeringan dengan Hasil Konduktifitas Total

38

Gambar 4.7 Cyclic Voltammtery pada Suhu Pengeringan 60oC

40

Gambar 4.8 Cyclic Voltammtery pada Suhu Pengeringan 80oC

41

Gambar 4.9 Cyclic Voltammtery pada Suhu Pengeringan 100oC

42

Gambar 4.10 Charge/ Discharge pada Suhu Pengeringan 60oC

44

Gambar 4.11 Charge/ Discharge pada Suhu Pengeringan 80oC

45

Gambar 4.12 Charge/ Discharge pada Suhu Pengeringan 100oC

46

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Lampiran

Judul

Halaman

A

Alat-Alat Percobaan

L1

B

Bahan-bahan Percobaan

L4

C

Sampel Pengujian

L6

D

Alat Pengujian

L7

E

Perhitungan Data Pengujian

L8

F

Hasil SEM

L12

G

Hasil EIS

L14

H

Hasil Pengujian XRD

L18

Universitas Sumatera Utara