Pembuatan Lembaran Katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4 C dengan Variasi Suhu Pengeringan

(1)

PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe

0.7

Mn

0.2

Ni

0.1

PO

4

/C

DENGAN VARIASI SUHU PENGERINGAN

SKRIPSI

MEILIA KRISANTI

110801015

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe

0.7

Mn

0.2

Ni

0.1

PO

4

/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

(3)

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

(4)

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

(5)

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

(6)

(7)

3.2.1.2 Alat Karakterisasi 21

3.2.2. Bahan 22

3.3. Prosedur Penelitian 22

3.3.1. Diagram Alir Penelitian 23

3.3.2. Tahap Pembuatan Lembaran Katoda 24

3.3.3. Tahap Assembly Baterai Coin Cell 26

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Analisa XRD Material Aktif LiFe0.7Mn0.2Ni01PO4/C 27

4.2. Hasil Pengujian Morfologi Sampel 29

4.3. Hasil dan Analisa Pengujian EIS 31

4.3.1. Sampel dengan Suhu Pengeringan 60oC 32

4.4. Hasil dan Analisa Pengujian Cyclic Voltammetry (CV) 35

4.5. Hasil dan Analisa Pengujian Charge-Discharge 39

(8)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman Tabel

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 32

Tabel 4.5. Massa material aktif lembaran katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C 39

Tabel 4.6. Parameter Pengujian charge-discharge 40

sel baterai LiFe0.7Mn0.2Ni0.1Po4/C suhu 60oC

sel baterai LiFe0.7Mn0.2Ni0.1Po4/C suhu 70oC

(9)

DAFTAR GAMBAR

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

(10)

Gambar 4.8. Kurva sel Li//LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C dengan suhu 38

pengeringan 80oC

Gambar 4.9. Grafik kapasitas charge-discharge sampel 60oC 40

Gambar 4.10. Grafik kapasitas charge-discharge sampel 70oC 41

(11)

DAFTAR GRAFIK

Nomor Judul Halaman Grafik

Grafik 4.1. Hasil uji identifikasi material aktif katoda 27

(12)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Lampiran Judul Halaman

A Perhitungan Komposisi Sampel dan Analisa L1

B Alat-alat Percobaan L5

C Bahan-bahan Percobaan L8

D Sampel Pengujian L9

E Alat Pengujian L10

F Hasil Pengujian XRD L11

(13)

PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe

0.7

Mn

0.2

Ni

0.1

PO

4

/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.

(14)

PREPARATION OF LiFe

0.7

Mn

0.2

Ni

0.1

PO

4

/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 LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/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.