Perpustakaan Digital ITB

Baterai litium-ion (LIB) telah banyak digunakan sebagai sumber energi dalam berbagai perangkat elektronik saat ini. Material katoda menjadi sangat penting pada LIB karena menjadi penentu sebagian besar tegangan dan kapasitas sel baterai. Penggunaan katoda kaya nikel (Ni-rich) cukup menjanjikan karena memberikan performa yang lebih baik serta harga yang lebih murah dibandingkan lithium cobalt oxide (LCO) saat ini. Namun, pemanfaatan katoda kaya nikel sebagai bahan katoda terkendala akibat kestabilan termalnya yang rendah. Pada tegangan kerja dan suhu yang tinggi, pembentukan oksigen vakansi pada kristal oksida logam transisi dapat terjadi secara spontan. Hilangnya oksigen pada struktur kristal merupakan salah satu faktor terbesar terjadinya degradasi pada katoda LIB. Lithium nickel oxide (LNO) merupakan parent compound dari katoda kaya nikel. Mempelajari LNO dapat mempermudah dan memberikan pemahaman yang lebih baik terhadap atom nikel sebagai katoda. Dengan menggunakan kalkulasi first principle dengan teori fungsional kerapatan (DFT) dipelajari kecenderungan pembentukan vakansi oksigen serta difusi vakansi oksigen pada bulk LNO delitiasi. Hasil kalkulasi menunjukkan pembentukan oksigen vakansi pada bulk LNO delitiasi (charged) lebih mudah terjadi dibandingkan LNO terlitiasi penuh (discharged). Temuan ini menunjukkan bahwa LNO dalam keadaan terdelitiasi memiliki kestabilan termal yang lebih rendah. Kondisi Li-excess juga membuat pelepasan oksigen yang lebih mudah karena terdapat elektron oksigen yang terlokalisasi. Selanjutnya energi aktivasi dari difusi vakansi oksigen didapatkan menggunakan kalkulasi CI-NEB pada keadaan delitiasi. Hasil kalkulasi menunjukkan energi aktivasi difusi vakansi oksigen memiliki nilai yang rendah pada arah bidang (003). Bedasarkan hasil eksperimen, bidang tersebut merupakan bidang yang banyak ditemukannya crack dan fasa rock-salt. Hal tersebut menunjukkan adanya korelasi antara pembentukan retakan dengan kemudahan oksigen dalam berdifusi pada bidang tersebut. Dengan demikian ketidakstabilan atom nikel dengan bilangan oksidasi tinggi pada saat delitiasi tinggi perlu dihindari untuk membuat baterai yang memiliki performa dan ketahanan yang baik.