PENGARUH KOMPOSISI DAN KETEBALAN KATODA
LiMn
2O
4KAPASITAS BATERAI ION LITHIUM
(LITHIUM MANGAN OKSIDA) PADA
SKRIPSI
TRI MALA SARI
110801080
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2
PENGARUH KOMPOSISI DAN KETEBALAN KATODA
LiMn
2O
4KAPASITAS BATERAI ION LITHIUM
(LITHIUM MANGAN OKSIDA) PADA
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
TRI MALA SARI
110801080
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul : Pengaruh Komposisi Dan Ketebalan Katoda
LiMn2O4
Kategori : Skripsi
(Lithium Mangan Oksida) Pada Kapasitas Baterai Ion Lithium
Nama : Tri Mala Sari
Nomor Induk Mahasiswa : 110801080
Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, Agustus 2015
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing,
Ketua,
PERNYATAAN
PENGARUH KOMPOSISI DAN KETEBALAN KATODA
LiMn
2O
4KAPASITAS BATERAI ION LITHIUM
(LITHIUM MANGAN OKSIDA) PADA
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2015
PENGHARGAAN
Syukur alhamdulillah, puji syukur kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. Salawat beriring salam teruntuk nabi besar Muhammad SAW yang menjadi teladan dalam menjalani kehidupan.
Tugas akhir merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan. Untuk memenuhi persyaratan diatas penulis mengerjakan tugas akhir dengan judul : “ PENGARUH KOMPOSISI DAN KETEBALAN
KATODA LiMn2O4
Penulis menyadari bahwa selama proses hingga akhir terselesaikannya penyusunan skripsi ini bayak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
(LITHIUM MANGAN OKSIDA) PADA KAPASITAS
BATERAI ION LITHIUM ”. Yang dilaksanakan di Laboratorium Baterai P2F
Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Serpong, Tangerang Selatan, Banten.
1. Kedua orangtua saya yang tercinta dan tersayang Ayahanda Misri dan Ibunda Rumiati yang tulus menyayangi penulis dan tak henti-hentinya memberikan nasehat, doa, dukungan serta materi maupun moril. Semoga penulis menjadi anak yang bisa membanggakan ayah dan ibu.
2. Bapak Dr. Sutarman M.Sc selaku Dekan Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan. 3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika Fakultas
4. Bapak Dr. Syahrul Humaidi, MS selaku Sekretaris Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.
5. Bapak Ir. Joko Triwibowo, M.Sc. M.T. dan Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS selaku Dosen Pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam melakukan penelitian dan menyelesaikan skripsi ini.
6. Bapak Dr. Bambang Widyatmoko, M. Eng, selaku Kepala Laboratorium Pusat Penelitian Fisika P2F-LIPI Serpong.
7. Bapak Ibrahim, Bapak Slamet Priyono, Mbak Kristine, Bapak Fadli yang telah memberikan waktu, bimbingan, ilmu kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
8. Mas Edi, Kak Reza, Kak Ali yang telah memberikan waktu dan tenaganya dalam membantu penulis melakukan penelitian di lapangan.
9. Seluruh Staf dosen, Pembantu Dekan, Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU
10.Kakak saya tercinta Dwi Misri Yani dan Abang saya Junaidi yang telah memberikan motivasi, doa, dan dukungan yang tak henti-henti kepada penulis.
11.Sahabat-sahabat saya Sry Pratiwi, Sri Handika Pratiwi, Intan Zahar, Henni Setia Ningsih, Elmariska Khairani, Wiria Sasmita yang tak henti-hentinya memberikan semangat, doa, dan dukungan kepada penulis.
12.Seluruh teman – teman seperjuangan angkatan 2011 yang tidak bisa saya sebutkan satu per satu, sukses untuk kedepannya buat kita semua.
Medan, Juli 2015
PENGARUH KOMPOSISI DAN KETEBALAN KATODA LiMn2O4
KAPASITAS BATERAI ION LITHIUM (LITHIUM MANGAN OKSIDA) PADA
ABSTRAK
Telah dibuat lembaran katoda LiMn2O4 dari campuran serbuk LiMn2O4, Super P, PVDF serta pelarutnya DMAC sebanyak 60 ml dengan menggunakan variasi komposisi dan ketebalan dimana variasi komposisi yang digunakan adalah 85:10:5 dan 90:7:3 sedangkan variasi ketebalannya adalah 100 µm, 150 µm, 300 µm. Dari lembaran katoda tersebut dibuat baterai coin cell dengan menggunakan anoda yaitu metalik lithium dan elektrolitnya yaitu 1 M LiPF6. Karakterisasi yang diuji yaitu serbuk LiMn2O4 dengan XRD, morfologi lembaran katoda LiMn2O4 dengan Mikroskop Optik dan SEM-EDX, serta kapasitas discharge baterai coin cell dengan uji charge discharge. Dari hasil pengujian kapasitas discharge baterai yang dihasilkan pada komposisi 85:10:5 semakin menurun dengan bertambahnya ketebalan lembaran katoda LiMn2O4, sedangkan pada komposisi 90:7:3 kapasitas discharge baterai meningkat pada ketebalan 150 µm yaitu sebesar 0,93 mAh/gr, jika ketebalan lembaran katoda ditambahkan menjadi 300 µm maka kapasitas discharge-nya menjadi menurun yaitu sebesar 0,31 mAh/gr.
EFFECT OF COMPOSITION AND THICKNESS LiMn2O
(LITHIUM MANGANESE OXIDE) CATHODE TO
4
CAPACITY LITHIUM ION BATTERY
ABSTRACT
LiMn2O4 cathode sheets have been made from a mixture of LiMn2O4 powder, Super P, PVDF and DMAC solvent of 60 ml by using a variation of the composition and thickness variation wherein the composition used is 85: 10: 5 and 90: 7: 3, while the variation in thickness is 100 μm, 150 μm, 300 µm. The cathode sheets made from coin cell batteries using metallic lithium anode and electrolyte which is 1 M LiPF6. Characterization of powder LiMn2O4 tested by XRD, morphology LiMn2O4 cathode sheets with Optical Microscopy and SEM-EDX, and the coin-cell battery discharge capacity with charge-discharge test. From the results of testing the capacity of the battery discharge generated on the composition of 85: 10: 5 decreases with increasing thickness of the sheet LiMn2O4 cathode, while the composition of 90: 7: 3 discharge
capacity of the battery is increased in thickness of 150 μm is equal to 0.93 mAh / g, if the thickness of cathode sheets are added to 300 μm then its discharge capacity was decreased in the amount of 0.31 mAh / g.
DAFTAR ISI
1.4 Tujuan Penelitian 4 1.5 Manfaat Penelitan 4 1.6 Tempat dan Waktu Peneltian 4
1.7 Sistematika Penulisan 5 BAB 2. Tinjauan Pustaka 2.1. Baterai 6
2.2. Sejarah Baterai 7
2.3 Jenis-jenis Baterai 8 2.3.1. Baterai Primer 8 2.3.2. Baterai Sekunder 9 2.4. Bentuk-Bentuk Baterai Sekunder 9 2.5. Baterai Lithium 12
2.11 Lithium Mangan Oksida (LiMn2O4 2.12. Super P 19
) 18
2.13. Polyvynilidene Flouride (PVDF) 20
2.14. N-NDimetil acetamide (DMAC) 21
2.15 XRD (X-Ray Diffraction) 22
2.16 SEM (Scanning Electron Microscope)–EDS 23
2.18 Charge Discharge Baterai Lithium-Ion 26
BAB 3. Metodologi Penelitian
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 29
3.2 Peralatan dan Bahan Penelitian 29
3.2.1 Peralatan Penelitian 29
3.4.2 Penentuan Komposisi Bahan 33
3.4.3 Penamaan Sampel 33
3.4.4 Proses Pencampuran 34
3.4.5 Proses Pelapisan 34
3.4.6 Prosese Pengeringan 34
3.4.7 Proses Press 35
3.4.8 Proses Pencetakan 35
3.4.9 Proses Aktivasi Baterai 35
BAB 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Analisa Struktur Kristal Serbuk LiMn2O4
4.2 Analisa Morfologi dengan SEM (Scanning ElectronMicroscope )-EDX 37 dengan XRD
36
4.3 Analisa Mikrostruktur dengan Optical Microscope (OM) 41
4.4 Analisa Discharge Baterai Coin Cell 43
BAB 5. Kesimpulan dan Saran
5.1. Kesimpulan 48
5.2. Saran 48
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman Tabel
Tabel 2.1 Sejarah Perkembangan Baterai 8 Tabel 2.2 Sifat Fisis dari Metalik Lithium 15 Tabel 2.3 Sifat Fisik LiPF6
Tabel 2.4 Jenis Separator (pemisah) yang Digunakan Dalam Berbagai Jenis
16 Baterai lithium sekunder 17
Tabel 2.5 Sifat Bahan Baku LiMn2O4
Tabel 2.6 Sifat umum Polyvinylidene Fluoride 20 19
Tabel 2.7 Sifat umum N-N-Dimethylacetamide 21 Tabel 4.1 Data Puncak Tertinggi Serbuk LiMn2O4
Tabel 4.2 Hasil Analisis Struktur Kristal (Paramter Kisi) Serbuk LiMn
37 2O4 Tabel 4.3 Persentase Unsur Laminate LiMn
37 2O4
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
Gambar 2.1 Struktur sebuah sel baterai 7
Gambar 2.2 Baterai kantung yang simple, fleksibel dan ringan 10 Gambar 2.3 Desain siliner pada baterai sekunder dengan material elektroda berupa
lembaran 10
Gambar 2.4 Baterai sekunder berbentuk kancing tidak dilengkapi ventilasi 11 Gambar 2.5 Penampang baterai prismatik yang lebih fleksibel dalam segi ukuran 11 Gambar 2.6 Prinsip kerja baterai litium yang dapat diisi ulang 12 Gambar 2.7 Proses interkalasi dalam beberapa fase 13 Gambar 2.8 Tiga model host dari bahan katoda dan anoda 14
Gambar 2.9 Bentuk dari Metalik Lithium 15
Gambar 2.10 Struktur spinel LixMn2O4
Gambar 2.11 Struktur Polyvynilidene Flouride 20
19 Gambar 2.12 Struktur molekul N-N dimetil acetamide (DMAC) 21 Gambar 2.13 Pola difraksi sinar-X yang terhambur oleh kisi dalam bidang kristal 23
Gambar 2.14 Contoh sebuah alat SEM 24
Gambar 2.15 Interaksi antara elektron primer dengan permukaan sampel 25 Gambar 2.16 a) Skema Mikroskop Optik , b) Contoh mikroskop optik 26 Gambar 2.17 Profil tegangan yang harus dipenuhi selama mengisi ulang sebuah
baterai lithium 27
Gambar 2.18 Gambaran skema konfigurasi elektronik pengujian karakterisasi
charge/discharge sel baterai 28
Gambar 3.1 Proses Mixing 34
Gambar 4.1 Grafik dari hasil XRD serbuk LiMn2O4
Gambar 4.2 Hasil Mapping a) Unsur C, b) Unsur F, c) Mix Unsur
36
Gambar 4.3 Hasil compare spectrum lembaran katoda LiMn
38 2O4
Gambar 4.4 Hasil SEM lembaran katoda LiMn
39 2O4
Gambar 4.5 Hasil SEM lembaran katoda LiMn
perbesaran 100 x 40 2O4
Gambar 4.6 Hasil SEM lembaran katoda LiMn
perbesaran 1500 x 40 2O4
Gambar 4.7 Hasil Uji Optical Microscope lembaran katoda LiMn
perbesaran 2500 x 41 2O4
komposisi 85:10:5 dan 90:7:3 42
untuk
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman Lamp
1. Lampiran Bahan 52
2. Lampiran Alat 53
3. Lampiran Sampel 56
4. Lampiran Alat Karakterisasi 57
5. Lampiran Perhitungan Massa LMO 58
6. Lampiran Grafik Kapasitas Discharge Baterai 60
7. Lampiran XRD 72
