Perpustakaan Digital ITB

Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 (Li-rich NCM) menjadi katoda yang paling potensial untuk diaplikasikan pada kendaraan listrik dimasa yang akan datang karena mempunyai densitas energi yang besar. Penggabungan dua fasa layered Li2MnO3 dan LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 dengan perbandingan 50% : 50% pada Li-rich NCM dapat menghasilkan kapasitas hingga >200 mAh/g dengan tegangan kerja yang luas 2 - 4,8 V. Namun Li-rich NCM ini masih mempunyai beberapa kelemahan seperti coulombic efficiency yang kecil pada siklus pertama kali, kapasitas dan voltage fading, dan kestabilan siklus yang rendah. Struktur kristal yang baik, ukuran partikel yang seragam, morfologi permukaan yang halus menjadi fokus pada saat sintesisnya. Untuk diaplikasikan dalam kendaraan listrik, metode sintesis juga menjadi pertimbangan penting. Metode solid-state merupakan metode yang cukup menguntungkan karena lebih mudah mengontrol parameter dibanding metode jenis lain sehingga memungkinkan sintesis dalam jumlah besar. Kalsinasi sebagai tahap pembentukan kristal menjadi fokus tersendiri pada saat sintesis material katode dengan metode solid-state. Penelitian ini melaporkan optimasi suhu kalsinasi pada pembuatan material katoda Li-rich NCM menggunakan metode solid-state. Material prekursor yang digunakan adalah logam asetat dengan waktu pemanasan yang divariasikan dari 800 - 950 oC. Hasil karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) menunjukkan sampel yang dipanaskan pada rentang variasi 800 – 950 oC mempunyai splitting bidang (006)/(102) dan (008)/(110) yang jelas dan puncak landai pada 20-25o yang mengindikasikan terbentuknya multiphase layered-layered. Puncak baru yang mengindikasikan fase spinel Fd3m muncul pada sampel yang dikalsinasi pada suhu 950 oC sehingga pada suhu kalsinasi ini terbentuk struktur layered-layered-spinel. Hasil analisa Rietveld refinement menggunakan perangkat lunak GSAS II dan MATCH didapatkan fase spinel Fd3m yang terbentuk pada sampel 950 oC merupakan Li0.64Mn2O4 dengan persentase keterbentukan pada total struktur 10,4%. Cation mixing atau persentase Ni2+ pada sites Li+ pada semua sampel rendah. Sampel yang dikalsinasi pada suhu 850 oC mempunyai keterbentukan fase Li2MnO3 : LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 paling seimbang yakni 49,4% : 50,6%. Selain itu sampel yang dikalsinasi pada suhu 850 oC mempunyai R-faktor dan rasio kisi c/a yang paling bagus sehingga memungkinkan difusi ion Li+ dibandingkan kalsinasi pada suhu lain. Hasil karakterisasi Scanning Electron Microscope (SEM) terlihat morfologi partikel pada semua variasi suhu kalsinasi cukup halus dengan ukuran partikel antara 100 nm – 580 nm. Ukuran partikel cukup seragam pada sampel kalsinasi 800 oC dan 850 oC. Pada kalsinasi 900 oC dan 950 oC sampel mulai mengalami agregasi sehingga ukuran partikel menjadi tidak seragam. Sesuai dengan hasil XRD, hasil pengukuran Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) menunjukkan bahwa sampel kalsinasi 850 oC mempunyai hambatan transfer muatan Rct paling kecil (249,1 ?) dan difusi ion Li+ paling besar (2,10 x 10-11 cm2/s). Semakin tinggi suhu kalsinasi, hambatan transfer mauatan semakin besar. Hal ini dikarenakan fase Li2MnO3 yang semakin banyak. Uji performa baterai berupa uji charge-discharge dilakukan pada tegangan 2 - 4,8 V 0,1 C untuk siklus pertama. Setelah aktivasi Li2MnO3 kapasitas spesifik sampel Li-rich NCM yang pada variasi kalsinasi 800 oC, 850 oC, 900 oC dan 950 oC sebesar 224,39 mAh/g, 233,92 mAh/g, 233,16 mAh/g , dan 224,09 mAh/g. Hasil ini cukup bagus dan terkonfirmasi bahwa struktur kristal yang bagus, hambatan transfer muatan yang kecil dan difusi ion Li+ pada sampel kalsinasi 850 oC mempunyai kapasitas spesifik yang paling tinggi. Tegangan charge-discharge diubah ke 2-4,6 V 0,2 C untuk mengurangi dekomposisi elektrolit. Kapasitas baterai katoda Li-rich 850 oC sebesar 177, 23 mAh/g setelah 50 siklus sedangkan kapasitas katoda Li-rich 950 oC sebesar 166,99 mAh/g setelah 50 siklus. Kapasitas retensi setelah 50 siklus sampel Li-rich NCM pemanasan 800 oC , 850 oC, 900 oC dan 950 oC sebesar 78,66%, 84,30%, 82,28%, dan 89,04%. Hal ini membuktikan bahwa layered-layered-spinel yang lebih stabil dibandingkan struktur layered-layered.