Sintesis Anoda LTO dan Studi Pengaruh Pemanasan pada Proses Pembuatan Lembaran LTO dengan Binder PTFE Terhadap Performa Baterai
SINTESIS ANODA LTO dan STUDI PENGARUH PEMANASAN
pada PROSES PEMBUATAN LEMBARAN LTO dengan BINDER
PTFE terhadap PERFORMA BATERAI
SKRIPSI
BELLA MALISA LUBIS
130801023
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS ANODA LTO dan STUDI PENGARUH PEMANASAN pada
PROSES PEMBUATAN LEMBARAN LTO dengan BINDER PTFE terhadap
PERFORMA BATERAI
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana
Sains
BELLA MALISA LUBIS
130801023
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
SINTESIS ANODA LITHIUM TITANATE (LTO) DAN STUDI
PENGARUH PEMANASAN PADA PROSES PEMBUATAN LEMBARAN
LTO DENGAN BINDER PTFE TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI
OLEH:
BELLA MALISA LUBIS
NIM: 130801023
Disetujui Oleh:
Komisi Pembimbing
Slamet Priyono, S.Si, M.T
Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc
NIP. 198610152009121004
NIP. 196505171993031009
Diketahui Oleh:
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua
Pusat Penelitian Fisika LIPI
Kepala
Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S
Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng
NIP: 195903101987031002
NIP: 196204301988031001
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
: Sintesis Anoda LTO dan Studi Pengaruh
Pemanasan pada Proses Pembuatan
Lembaran LTO dengan Binder PTFE
terhadap Performa Baterai
: Skripsi
: Bella Malisa Lubis
: 130801023
: Sarjana (S1) Fisika
: Fisika
: MIPA - Universitas Sumatera Utara
Disetujui di:
Medan, Mei 2017
Komisi Pembimbing
Pembimbing 2
Pembimbing 1
Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc
NIP. 196505171993031009
Slamet Priyono S.Si, M.T
NIP. 195806231986011001
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua
Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S
NIP: 195903101987031002
i
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
SINTESIS ANODA LTO DAN STUDI PENGARUH PEMANASAN pada
PROSES PEMBUATAN LEMBARAN LTO dengan BINDER PTFE terhadap
PERFORMA BATERAI
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juni 2017
BELLA MALISA LUBIS
130801023
ii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan
rahmat dan karunia serta bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
penyusunan skripsi ini dengan judul Sintesis Anoda LTO dan Studi Pengaruh
Pemanasan Pada Proses Pembuatan Lembaran LTO Dengan Binder PTFE Terhadap
Performa Baterai. Penelitian ini dilaksanakan di Pusat Penelitian Fisika (P2F)
Lembaga Ilmu Penelitian Indonesia (LIPI) Serpong, Tangerang Selatan, Banten.
Terimakasih penulis sampaikan kepada Bapak Slamet Priyono S.Si, M.T
selaku pebimbing 1 dan Bapak Dr. Syahrul Humaidi M.Sc selaku pembimbing 2 yang
telah banyak meluangkan waktunya selama penyusunan skripsi ini. Terimakasih
kepada Bapak Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng selaku ketua pusat penelitian fisika
LIPI. Terimakasih kepada Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S dan Bapak Awan
Maghfirah, S.Si, M.Si selaku Ketua Departemen dan Sekertaris Departemen Fisika
FMIPA USU Medan, Bapak Dr. Anwar Dharma S, M.S selaku dosen penguji. Bapak
Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan FMIPA-USU dan Pembantu Dekan FMIPA
USU, seluruh Staf dan Dosen Fisika FMIPA USU, Pegawai FMIPA USU dan rekanrekan kuliah Stambuk 2013 yang telah memberikan banyak nasihat dan bantuan dalam
pengerjaan skripsi ini. Akhirnya tidak terlupakan kepada Ayahanda Barliansyah Lubis
dan Ibunda tersayang Samsidar dan kakak-abang Kiki Lestari, Devi Maya Sari, M.
Reza Syahputra serta Tanto Ramadhan yang selama ini telah memberikan bantuan,
doa serta motivasi yang diperlukan dalam penulisan skripsi ini. Semoga Allah SWT
dapat membalas dengan pahala yang sebesar-besarnya.
Medan, Juni 2017
Bella Malisa Lubis
iii
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS ANODA LTO dan STUDI PENGARUH PEMANASAN pada
PROSES PEMBUATAN LEMBARAN LTO dengan BINDER PTFE
terhadap PERFORMA BATERAI
ABSTRAK
Telah berhasil dilakukan sintesis serbuk LTO dan studi pengaruh
pemanasan pada proses pembuatan lembaran LTO dengan binder PTFE
(Polytetrafluoroethylene) terhadap performa sel baterai. Material anoda LTO terdiri
dari bahan baku LiOH.H2O dan TiO2 dibuat dengan menggunakan metode solid
state reaction. Semua bahan baku di campur dan digiling dengan menggunakan alat
planetary ball miller selama 4 jam untuk menjadi precursor LTO. Precursor
dikarakterisasi mengunakan alat Simultaneous Thermal Analysis (STA) untuk
menunjukkan suhu minimal untuk proses sintering. Analisis STA menunjukkan
suhu minimum untuk sintering yaitu pada suhu 600°C. Prekursor disitering dengan
suhu tinggi yaitu 900°C selama 4 jam diudara bebas. Produk akhir digiling dan
disaring dengan saringan untuk mendapatkan bentuk partikel yang homogen.
Produk akhir dikarakterisasi menggunakan alat X-ray diffraction (XRD) untuk
mengetahui struktur kristal dan fasa yang terbentuk. Pembuatan lembaran LTO
didapat dengan menggabungkan serbuk LTO dengan PTFE dan serbuk AB dengan
perbandingan 85:10:5 wt% dengan variasi suhu pemanasan 40°C, 50°C dan 70°C
untuk menjadi lumpur. Lumpur ini dilapiskan keatas Cu-foil dengan metode doctor
blade dan dikeringkan pada suhu 80oC selama 1 jam. Lembaran LTO
dikarakterisasi dengan menggunakan FTIR untuk menganalisis gugus fungsi.
Lembaran LTO digunting berbentuk lingkaran dengan diameter 16 mm. Lembar an
LTO disusun dengan separator, metalic lithium dan elektrolit dalam koin sel pada
glove box untuk diaktifasi. Automatic battery cycler digunakan untuk mengetahui
performa elektrokimia dan kapasitas spesifik dari sutu sel. Dari analisis XRD
menunjukkan terdapat satu fasa yaitu fasa LTO dengan struktur kristal kubik.
Pengujian FTIR menunjukkan adanya ikatan dari Ti-O dan C-F yang berasal dari
tetrahedral (TiO6) dan PTFE. Kenaikan suhu pemanasan tidak mempengaruhi
struktur lembaran LTO. Analisis siklik voltametri menunjukkan material dengan
suhu pemanasan 40oC memiliki proses redoks yang lebih baik dari yang lain.
Pengujian Charge-Discharge menunjukkan sampel dengan pemanasan 40oC
memiliki kapasitas spesifik yang paling tinggi yaitu 53 mAh/g.
Kata Kunci: Lithium titanate, Performa Elektrokimia, PTFE, Suhu Pemanasan
iv
Universitas Sumatera Utara
THE SYNTHESIS LTO and STUDY of HEATING TEMPERATURE EFFECT
on MANUFACTURING PROCESS of LTO SHEET with BINDER PTFE on
the ELECTROCHEMICAL PERFORMANCE
ABSTRACT
The synthesis of LTO and study of heating temperature effect on
manufacturing process of LTO sheet with binder PTFE (Polytetrafluoroethylene) on
the electrochemical performance have been investigated. LTO anode material
composed with LiOH.H2O and TiO2 as raw materials was synthesized by solid state
process. All raw materials were stoichiometrically mixed and milled with planetary
ball mill for 4 h to become precursor of LTO. The procursor was characterized with
Simultaneous Thermal Analyzed (STA) to determine sintering temperature. The STA
analysis revealed that the minimum temperature to sinter the precursor was 600oC. The
precursor was sintered by using high temperature furnace at 900oC for 4 h in air
atmosphere. Final product was grinded and sieved with screen to get finer and more
homogenous particles. The final product was characterized by X-ray Diffraction
(XRD) to determined crystal structure and phases. LTO sheet was prepared by mixing
LTO powdwer with PTFE and AB in ratio 85: 10: 5 wt% by varrying heating process
with 40°C, 50°C and 70°C to become slurry. The slurry was coated on Cu foil with
doctor blade method and dried at 80 oC for 1 h. LTO sheet was characterized by FTIR
to analyze functional groups. LTO sheet was cut into circular discs with 16 mm in
diameter. LTO sheet was arrangged with separator, metalic lithium and electrolyte
become coin cell in a glove box. Automatic battery cycler was used to measure
electrochemical performance and specific capacity of the cell. From the XRD analysis
showed that single phase of LTO phase with cubic crystal structure was formed. FTIR
testing showed that there were stretching vibrations of Ti-O and H-F from tetrathedral
TiO6 and PTFE respectively. The increasing temperature on LTO sheet manufacturing
did not change the structure of LTO. Cyclic voltametry analysis showed that sample
with heating of 40oC showed better redox process than others. Charge discharge test
also showed that sample with heating of 40oC has a higher specific capacity than other
samples with 53 mAh/g.
Keywords: Electrochemical Performance, Heating Process, Lithium Titanate, PTFE
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
i
ii
iii
iv
v
vi
viii
ix
x
PERSETUJUAN
PERNYATAAN
PENGHARGAAN
ABSTRAK
ABSTRACT
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
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
3
4
4
4
4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Baterai
2.1.1. Jenis-Jenis Baterai
2.2. Baterai Ion Lithium
2.3. Karakteristik Baterai Ion Lithium
2.3.1. Energi Densitas
2.3.2. Waktu Hidup
2.3.3. Harga
2.4. Bahan dalam Baterai Ion Lithium
2.4.1 Material Anoda
2.4.2 Material Katoda
2.4.3 Elektrolit
2.4.4 Separator
2.5. Pengoperasian Baterai
2.6. Komponen dalam Lembaran Elektroda
2.6.1. Material Aktif (LTO)
2.6.2. Konduktor Elektronik AB
2.6.3. Binder PTFE (Polytetrafluoroethylene)
2.7. Karakterisasi Material
2.7.1. FTIR
2.7.2. XRD
2.7.3. CV
2.7.4. CD
2.7.5. DTA/TG
6
6
7
7
8
8
9
9
9
10
10
10
11
12
13
14
14
15
15
16
18
19
20
vi
Universitas Sumatera Utara
vi
Universitas Sumatera Utara
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat 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 LTO
3.4.2. Proses Pembuatan Lembaran Anoda LTO
3.5. Prosedur Penelitian
3.5.1. Proses Sintesis Serbuk LTO
3.5.2. Proses Pembuatan Lembaran LTO
21
21
21
22
23
24
24
25
26
26
27
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Analisis STA (Simultaneous Thermal Analysis)
4.2. Analisis XRD (X-ray Diffraction)
4.3. Analisis FTIR (Fourier Transform Infra-Red)
4.4. Analisis CV (Cyclic Voltametry)
4.5. Analisis CD (Charge-Discharge)
29
31
32
34
37
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
5.2. Saran
41
42
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
43
46
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Judul
Halaman
Karakteristik Bahan Ion Lithium
Perbandingan Baterai Ion Lithium dengan Baterai Lainnya
Siklus Waktu Hidup dari Berbagai Jenis Baterai
Perbandingan Sifat Bahan PTFE dan PVDF
Nilai hkl untuk Kisi Kubik
Perbandingan Bahan Baku Pembuatan Serbuk LTO
Perbandingan Bahan Baku Pembuatan Lembaran LTO
Data Wavenumber untuk Setiap Sampel dari Pengujian dan
Referensi
Hasil Uji Cyclic Voltammetry Lembaran LTO
Hasil Charge-Discharge pada Suhu 40oC
Hasil Charge-Discharge pada Suhu 50oC
Hasil Charge-Discharge pada Suhu 70oC
7
8
9
15
17
23
24
33
36
38
39
39
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
Judul
Halaman
Penggunaan Baterai Dunia Tahun 2009
Perbandingan Baterai Ion Lithium dengan Baterai Lainnya
Prinsip Kerja Baterai Ion Lithium
(a) Struktur LTO; (b) Charge-Discharge pada Kondisi Low
Rates
Bagian-bagian Spektrometer FTIR
Sinar Masuk Terdifraksi Atom yang Menunjukkan Hukum
Bragg
Tipikal Cyclic Voltommogram untuk Proses Redoks
Reversibel
Grafik Charging dan Discharging pada Baterai
Hasil Lembaran Anoda LTO dengan Binder PTFE Variasi
Suhu Pemanasan
Grafik Hasil DTA-TG LTO
Grafik Hasil Data XRD LTO
Spektrum Inframerah Sampel 40oC, 50oC dan 70oC
Grafik Cyclic Voltammetry untuk Sampell Lembaran LTO
dengan PTFE Variasi Suhu Pemanasan
Kurva Charge-Discharge pada Suhu 40oC
Kurva Charge-Discharge pada Suhu 50oC
Kurva Charge-Discharge pada Suhu 70oC
1
8
11
13
16
17
18
19
29
30
31
33
34
37
38
39
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lamp
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Judul
Perhitungan Massa Bahan LTO
Perhitungan Penurunan Massa LTO
Perhitungan Komposisi Lembaran
Perhitungan XRD
Perhitungan CV
Alat dan Bahan Percobaan
ICDD LTO (Lithium Titanate)
Halaman
46
47
48
48
51
55
59
x
Universitas Sumatera Utara
pada PROSES PEMBUATAN LEMBARAN LTO dengan BINDER
PTFE terhadap PERFORMA BATERAI
SKRIPSI
BELLA MALISA LUBIS
130801023
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS ANODA LTO dan STUDI PENGARUH PEMANASAN pada
PROSES PEMBUATAN LEMBARAN LTO dengan BINDER PTFE terhadap
PERFORMA BATERAI
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana
Sains
BELLA MALISA LUBIS
130801023
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
SINTESIS ANODA LITHIUM TITANATE (LTO) DAN STUDI
PENGARUH PEMANASAN PADA PROSES PEMBUATAN LEMBARAN
LTO DENGAN BINDER PTFE TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI
OLEH:
BELLA MALISA LUBIS
NIM: 130801023
Disetujui Oleh:
Komisi Pembimbing
Slamet Priyono, S.Si, M.T
Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc
NIP. 198610152009121004
NIP. 196505171993031009
Diketahui Oleh:
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua
Pusat Penelitian Fisika LIPI
Kepala
Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S
Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng
NIP: 195903101987031002
NIP: 196204301988031001
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
: Sintesis Anoda LTO dan Studi Pengaruh
Pemanasan pada Proses Pembuatan
Lembaran LTO dengan Binder PTFE
terhadap Performa Baterai
: Skripsi
: Bella Malisa Lubis
: 130801023
: Sarjana (S1) Fisika
: Fisika
: MIPA - Universitas Sumatera Utara
Disetujui di:
Medan, Mei 2017
Komisi Pembimbing
Pembimbing 2
Pembimbing 1
Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc
NIP. 196505171993031009
Slamet Priyono S.Si, M.T
NIP. 195806231986011001
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua
Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S
NIP: 195903101987031002
i
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
SINTESIS ANODA LTO DAN STUDI PENGARUH PEMANASAN pada
PROSES PEMBUATAN LEMBARAN LTO dengan BINDER PTFE terhadap
PERFORMA BATERAI
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juni 2017
BELLA MALISA LUBIS
130801023
ii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan
rahmat dan karunia serta bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
penyusunan skripsi ini dengan judul Sintesis Anoda LTO dan Studi Pengaruh
Pemanasan Pada Proses Pembuatan Lembaran LTO Dengan Binder PTFE Terhadap
Performa Baterai. Penelitian ini dilaksanakan di Pusat Penelitian Fisika (P2F)
Lembaga Ilmu Penelitian Indonesia (LIPI) Serpong, Tangerang Selatan, Banten.
Terimakasih penulis sampaikan kepada Bapak Slamet Priyono S.Si, M.T
selaku pebimbing 1 dan Bapak Dr. Syahrul Humaidi M.Sc selaku pembimbing 2 yang
telah banyak meluangkan waktunya selama penyusunan skripsi ini. Terimakasih
kepada Bapak Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng selaku ketua pusat penelitian fisika
LIPI. Terimakasih kepada Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S dan Bapak Awan
Maghfirah, S.Si, M.Si selaku Ketua Departemen dan Sekertaris Departemen Fisika
FMIPA USU Medan, Bapak Dr. Anwar Dharma S, M.S selaku dosen penguji. Bapak
Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan FMIPA-USU dan Pembantu Dekan FMIPA
USU, seluruh Staf dan Dosen Fisika FMIPA USU, Pegawai FMIPA USU dan rekanrekan kuliah Stambuk 2013 yang telah memberikan banyak nasihat dan bantuan dalam
pengerjaan skripsi ini. Akhirnya tidak terlupakan kepada Ayahanda Barliansyah Lubis
dan Ibunda tersayang Samsidar dan kakak-abang Kiki Lestari, Devi Maya Sari, M.
Reza Syahputra serta Tanto Ramadhan yang selama ini telah memberikan bantuan,
doa serta motivasi yang diperlukan dalam penulisan skripsi ini. Semoga Allah SWT
dapat membalas dengan pahala yang sebesar-besarnya.
Medan, Juni 2017
Bella Malisa Lubis
iii
Universitas Sumatera Utara
SINTESIS ANODA LTO dan STUDI PENGARUH PEMANASAN pada
PROSES PEMBUATAN LEMBARAN LTO dengan BINDER PTFE
terhadap PERFORMA BATERAI
ABSTRAK
Telah berhasil dilakukan sintesis serbuk LTO dan studi pengaruh
pemanasan pada proses pembuatan lembaran LTO dengan binder PTFE
(Polytetrafluoroethylene) terhadap performa sel baterai. Material anoda LTO terdiri
dari bahan baku LiOH.H2O dan TiO2 dibuat dengan menggunakan metode solid
state reaction. Semua bahan baku di campur dan digiling dengan menggunakan alat
planetary ball miller selama 4 jam untuk menjadi precursor LTO. Precursor
dikarakterisasi mengunakan alat Simultaneous Thermal Analysis (STA) untuk
menunjukkan suhu minimal untuk proses sintering. Analisis STA menunjukkan
suhu minimum untuk sintering yaitu pada suhu 600°C. Prekursor disitering dengan
suhu tinggi yaitu 900°C selama 4 jam diudara bebas. Produk akhir digiling dan
disaring dengan saringan untuk mendapatkan bentuk partikel yang homogen.
Produk akhir dikarakterisasi menggunakan alat X-ray diffraction (XRD) untuk
mengetahui struktur kristal dan fasa yang terbentuk. Pembuatan lembaran LTO
didapat dengan menggabungkan serbuk LTO dengan PTFE dan serbuk AB dengan
perbandingan 85:10:5 wt% dengan variasi suhu pemanasan 40°C, 50°C dan 70°C
untuk menjadi lumpur. Lumpur ini dilapiskan keatas Cu-foil dengan metode doctor
blade dan dikeringkan pada suhu 80oC selama 1 jam. Lembaran LTO
dikarakterisasi dengan menggunakan FTIR untuk menganalisis gugus fungsi.
Lembaran LTO digunting berbentuk lingkaran dengan diameter 16 mm. Lembar an
LTO disusun dengan separator, metalic lithium dan elektrolit dalam koin sel pada
glove box untuk diaktifasi. Automatic battery cycler digunakan untuk mengetahui
performa elektrokimia dan kapasitas spesifik dari sutu sel. Dari analisis XRD
menunjukkan terdapat satu fasa yaitu fasa LTO dengan struktur kristal kubik.
Pengujian FTIR menunjukkan adanya ikatan dari Ti-O dan C-F yang berasal dari
tetrahedral (TiO6) dan PTFE. Kenaikan suhu pemanasan tidak mempengaruhi
struktur lembaran LTO. Analisis siklik voltametri menunjukkan material dengan
suhu pemanasan 40oC memiliki proses redoks yang lebih baik dari yang lain.
Pengujian Charge-Discharge menunjukkan sampel dengan pemanasan 40oC
memiliki kapasitas spesifik yang paling tinggi yaitu 53 mAh/g.
Kata Kunci: Lithium titanate, Performa Elektrokimia, PTFE, Suhu Pemanasan
iv
Universitas Sumatera Utara
THE SYNTHESIS LTO and STUDY of HEATING TEMPERATURE EFFECT
on MANUFACTURING PROCESS of LTO SHEET with BINDER PTFE on
the ELECTROCHEMICAL PERFORMANCE
ABSTRACT
The synthesis of LTO and study of heating temperature effect on
manufacturing process of LTO sheet with binder PTFE (Polytetrafluoroethylene) on
the electrochemical performance have been investigated. LTO anode material
composed with LiOH.H2O and TiO2 as raw materials was synthesized by solid state
process. All raw materials were stoichiometrically mixed and milled with planetary
ball mill for 4 h to become precursor of LTO. The procursor was characterized with
Simultaneous Thermal Analyzed (STA) to determine sintering temperature. The STA
analysis revealed that the minimum temperature to sinter the precursor was 600oC. The
precursor was sintered by using high temperature furnace at 900oC for 4 h in air
atmosphere. Final product was grinded and sieved with screen to get finer and more
homogenous particles. The final product was characterized by X-ray Diffraction
(XRD) to determined crystal structure and phases. LTO sheet was prepared by mixing
LTO powdwer with PTFE and AB in ratio 85: 10: 5 wt% by varrying heating process
with 40°C, 50°C and 70°C to become slurry. The slurry was coated on Cu foil with
doctor blade method and dried at 80 oC for 1 h. LTO sheet was characterized by FTIR
to analyze functional groups. LTO sheet was cut into circular discs with 16 mm in
diameter. LTO sheet was arrangged with separator, metalic lithium and electrolyte
become coin cell in a glove box. Automatic battery cycler was used to measure
electrochemical performance and specific capacity of the cell. From the XRD analysis
showed that single phase of LTO phase with cubic crystal structure was formed. FTIR
testing showed that there were stretching vibrations of Ti-O and H-F from tetrathedral
TiO6 and PTFE respectively. The increasing temperature on LTO sheet manufacturing
did not change the structure of LTO. Cyclic voltametry analysis showed that sample
with heating of 40oC showed better redox process than others. Charge discharge test
also showed that sample with heating of 40oC has a higher specific capacity than other
samples with 53 mAh/g.
Keywords: Electrochemical Performance, Heating Process, Lithium Titanate, PTFE
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
i
ii
iii
iv
v
vi
viii
ix
x
PERSETUJUAN
PERNYATAAN
PENGHARGAAN
ABSTRAK
ABSTRACT
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
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
3
4
4
4
4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Baterai
2.1.1. Jenis-Jenis Baterai
2.2. Baterai Ion Lithium
2.3. Karakteristik Baterai Ion Lithium
2.3.1. Energi Densitas
2.3.2. Waktu Hidup
2.3.3. Harga
2.4. Bahan dalam Baterai Ion Lithium
2.4.1 Material Anoda
2.4.2 Material Katoda
2.4.3 Elektrolit
2.4.4 Separator
2.5. Pengoperasian Baterai
2.6. Komponen dalam Lembaran Elektroda
2.6.1. Material Aktif (LTO)
2.6.2. Konduktor Elektronik AB
2.6.3. Binder PTFE (Polytetrafluoroethylene)
2.7. Karakterisasi Material
2.7.1. FTIR
2.7.2. XRD
2.7.3. CV
2.7.4. CD
2.7.5. DTA/TG
6
6
7
7
8
8
9
9
9
10
10
10
11
12
13
14
14
15
15
16
18
19
20
vi
Universitas Sumatera Utara
vi
Universitas Sumatera Utara
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat 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 LTO
3.4.2. Proses Pembuatan Lembaran Anoda LTO
3.5. Prosedur Penelitian
3.5.1. Proses Sintesis Serbuk LTO
3.5.2. Proses Pembuatan Lembaran LTO
21
21
21
22
23
24
24
25
26
26
27
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Analisis STA (Simultaneous Thermal Analysis)
4.2. Analisis XRD (X-ray Diffraction)
4.3. Analisis FTIR (Fourier Transform Infra-Red)
4.4. Analisis CV (Cyclic Voltametry)
4.5. Analisis CD (Charge-Discharge)
29
31
32
34
37
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
5.2. Saran
41
42
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
43
46
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Judul
Halaman
Karakteristik Bahan Ion Lithium
Perbandingan Baterai Ion Lithium dengan Baterai Lainnya
Siklus Waktu Hidup dari Berbagai Jenis Baterai
Perbandingan Sifat Bahan PTFE dan PVDF
Nilai hkl untuk Kisi Kubik
Perbandingan Bahan Baku Pembuatan Serbuk LTO
Perbandingan Bahan Baku Pembuatan Lembaran LTO
Data Wavenumber untuk Setiap Sampel dari Pengujian dan
Referensi
Hasil Uji Cyclic Voltammetry Lembaran LTO
Hasil Charge-Discharge pada Suhu 40oC
Hasil Charge-Discharge pada Suhu 50oC
Hasil Charge-Discharge pada Suhu 70oC
7
8
9
15
17
23
24
33
36
38
39
39
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
Judul
Halaman
Penggunaan Baterai Dunia Tahun 2009
Perbandingan Baterai Ion Lithium dengan Baterai Lainnya
Prinsip Kerja Baterai Ion Lithium
(a) Struktur LTO; (b) Charge-Discharge pada Kondisi Low
Rates
Bagian-bagian Spektrometer FTIR
Sinar Masuk Terdifraksi Atom yang Menunjukkan Hukum
Bragg
Tipikal Cyclic Voltommogram untuk Proses Redoks
Reversibel
Grafik Charging dan Discharging pada Baterai
Hasil Lembaran Anoda LTO dengan Binder PTFE Variasi
Suhu Pemanasan
Grafik Hasil DTA-TG LTO
Grafik Hasil Data XRD LTO
Spektrum Inframerah Sampel 40oC, 50oC dan 70oC
Grafik Cyclic Voltammetry untuk Sampell Lembaran LTO
dengan PTFE Variasi Suhu Pemanasan
Kurva Charge-Discharge pada Suhu 40oC
Kurva Charge-Discharge pada Suhu 50oC
Kurva Charge-Discharge pada Suhu 70oC
1
8
11
13
16
17
18
19
29
30
31
33
34
37
38
39
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lamp
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Judul
Perhitungan Massa Bahan LTO
Perhitungan Penurunan Massa LTO
Perhitungan Komposisi Lembaran
Perhitungan XRD
Perhitungan CV
Alat dan Bahan Percobaan
ICDD LTO (Lithium Titanate)
Halaman
46
47
48
48
51
55
59
x
Universitas Sumatera Utara