Perpustakaan Digital ITB

Elektrifikasi sektor transportasi mendorong pengembangan sistem penyimpanan energi yang memiliki densitas energi tinggi, umur pakai panjang, dan performa elektrokimia yang baik. Baterai ion-litium merupakan salah satu teknologi penyimpanan energi yang paling banyak digunakan pada kendaraan listrik. Salah satu material katoda yang banyak dikembangkan adalah LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC811) karena memiliki kapasitas spesifik yang tinggi sehingga berpotensi meningkatkan densitas energi baterai. Namun, tingginya kandungan nikel pada NMC811 dapat meningkatkan pencampuran kation Ni2+/Li+, memicu degradasi struktur dan permukaan, serta meningkatkan reaktivitas antarmuka dengan elektrolit, yang selanjutnya dapat menyebabkan penurunan kapasitas selama siklus pengisian dan pengosongan. Penelitian ini dilakukan untuk meningkatkan karakteristik struktural dan performa elektrokimia NMC811 melalui pengaturan laju pemanasan pada proses sintering dan modifikasi permukaan menggunakan pelapis Li3BO3. Material NMC811 disintesis melalui metode ko-presipitasi oksalat menggunakan NiSO4·6H2O, MnSO4·H2O, dan CoSO4·7H2O serta H2C2O4·2H2O sebagai agen presipitasi. Presipitat M–C2O4·2H2O yang diperoleh dicampurkan dengan LiOH·H2O dan kemudian dilakukan sintering pada temperatur 800 °C dengan variasi laju pemanasan tanpa kontrol, 5 °C/menit, dan 1 °C/menit, masing-masing menghasilkan sampel NHR, HR5, dan HR1. Material hasil sintering dikarakterisasi menggunakan Field Emission Scanning Electron Microscopy–Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (FESEM-EDS), Particle Size Analysis (PSA), dan X-Ray Diffraction (XRD). Sampel dengan karakteristik struktural terbaik, yaitu HR1, selanjutnya dimodifikasi melalui pelapisan Li3BO3 sebesar 1, 2, dan 3 wt.% terhadap massa NMC811 menggunakan metode ultrasonic-assisted coating. Material hasil pelapisan dikarakterisasi menggunakan FESEM-EDS, XRD, Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), dan X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Performa elektrokimia material sebelum dan setelah pelapisan dievaluasi melalui pengujian charge-discharge, cyclic voltammetry (CV), dan electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Hasil penelitian menunjukkan bahwa laju pemanasan pada proses sintering berpengaruh terhadap morfologi, distribusi ukuran partikel, dan keteraturan struktur kristal NMC811. Laju pemanasan 1 °C/menit menghasilkan sampel HR1 dengan morfologi dan distribusi ukuran partikel yang lebih homogen serta ukuran partikel rata-rata 11,411 ?m. Sampel HR1 menunjukkan karakteristik struktur berlapis yang paling baik, dengan rasio intensitas XRD (I003/I104) sebesar 1,614 dan rasio kisi (c/a) sebesar 4,9450, yang mengindikasikan keteraturan struktur yang lebih baik dan tingkat pencampuran kation yang lebih rendah dibandingkan dengan sampel yang disintesis menggunakan laju pemanasan lainnya. Pelapisan Li3BO3 tidak menyebabkan perubahan yang terdeteksi secara signifikan pada struktur kristal utama NMC811 dari hasil analisis XRD. Hasil FESEM-EDS menunjukkan distribusi boron yang relatif homogen pada permukaan partikel, terutama pada sampel HR1-LB2. Keberadaan spesies borat setelah proses pelapisan didukung oleh terdeteksinya vibrasi ikatan B–O pada hasil FTIR dan puncak B 1s pada energi ikat sekitar 191,7 eV pada hasil XPS. Analisis XPS juga menunjukkan bahwa sampel HR1-LB2 memiliki fraksi Ni3+ tertinggi, yaitu 71,91%. Pelapisan Li3BO3 meningkatkan performa elektrokimia NMC811 dibandingkan dengan material tanpa pelapisan. Sampel HR1-LB2 menunjukkan performa terbaik dengan kapasitas discharge awal sebesar 189,50 mAh g?1 pada laju 0,2 C, efisiensi kolumbik awal sebesar 95,25%, dan retensi kapasitas sebesar 88,24% setelah 100 siklus. Hasil CV menunjukkan penurunan separasi potensial puncak redoks (?E) menjadi 0,1008 V, yang mengindikasikan peningkatan reversibilitas reaksi elektrokimia. Analisis EIS menunjukkan nilai konduktivitas ionik sebesar 7,87 × 10?4 S cm?1 dan koefisien difusi ion Li+ sebesar 2,89 × 10?12 cm2 s?1 pada sampel HR1-LB2. Secara keseluruhan, penggunaan laju pemanasan sintering 1 °C/menit menghasilkan NMC811 dengan karakteristik struktural terbaik, sedangkan pelapisan 2 wt.% Li3BO3 memberikan peningkatan performa elektrokimia paling signifikan. Kombinasi kedua kondisi tersebut menghasilkan material NMC811 dengan keteraturan struktur yang lebih baik, reversibilitas elektrokimia yang lebih tinggi, serta karakteristik transport ion Li+ yang lebih baik, sehingga berpotensi untuk dikembangkan sebagai material katoda berperforma tinggi pada baterai ion- litium.