PENINGKATAN KONDUKTIVITAS LISTRIK LiFePO4 SEBAGAI MATERIAL KATODA BATERAI SEKUNDER LITIUM DENGAN PELAPISAN KARBON DAN DOPING TiO2

DESTY ANGGITA TUNGGADEWI, Dr. Kuwat Triyana

2012 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Telah dilakukan peningkatan konduktivitas listrik LiFePO4 sebagai material katoda baterai sekunder litium dengan pelapisan karbon dan doping TiO2. Proses sintesis dan pelapisan karbon dilakukan dengan dua tahap pemanasan melalui metode sol-gel. Bahan pembentuk LiFePO4 adalah Li2CO3, FeC2O4.H2O dan NH4H2PO4. Asam sitrat dan Polyetileneglycol digunakan untuk membentuk poripori pada material katoda LiFePO4. Selain itu, asam sitrat juga digunakan sebagai sumber karbon, sedangkan titanium dioxide sebagai doping. Suhu proses sintesis dan jumlah doping divariasikan yaitu 700, 800 dan 900ºC dan 0, 2, 4 wt % selama 12 jam. Proses pelapisan karbon dengan penambahan 4 wt % karbon, dilakukan pada suhu 700ºC selama 10 jam. Hal ini dilakukan untuk melihat efeknya pada konduktivitas material katoda. Komposisi fasa yang dihasilkan dari proses sintesis didapat dari menganalisis pola difraksi XRD yang menunjukan bahwa fasa yang terbentuk adalah fasa LiFePO4. Ti tersubstitusi pada material katoda LiFePO4 tanpa merubah struktur kristalnya. Morfologi material katoda dan distribusi karbon pada material LiFe1-xTixPO4/C dianalisis menggunakan SEM/EDX, menunjukkan terjadinya aglomerasi butir seiring meningkatnya suhu sinter. Hal ini menjadi penyebab menurunnya konduktivitas listrik dari LiFe1-xTixPO4/C. Konduktivitas listrik LiFe1-xTixPO4/C diuji dengan EIS. Hasil uji EIS menunjukan bahwa konduktivitas listrik LiFe1-xTixPO4/C meningkat seiring menurunnya suhu pemanasan dan dengan menurunnya jumlah doping. Pelapisan karbon dan doping TiO2 berhasil meningkatkan konduktivitas listrik LiFe1-xTixPO4/C. Konduktivitas tertinggi diperoleh pada suhu sinter 700°C dengan penambahan jumlah doping 2wt % TiO2 yaitu berorde 10-2S/cm.

Improving electrical conductivity of LiFePO4 as cathode material for secondary lithium battery had been reached by employing carbon coating and TiO2 doping. Synthesis and the coating process are conducted in two stages of heating by the sol-gel method. The starting materials for forming of LiFePO4 are the powder of Li2CO3, NH4H2PO4 and FeC2O4.H2O. Citric Acid and Polyetyleneglycol are used as the agent for creating porosity in active cathode material LiFePO4. Beside that, Citric Acid is also used as the carbon source for LiFe1-xTixPO4/C. Meanwhile Titanium dioxide is used as the doping element. Applied temperature of the synthesis prosess and amount of doping element are varied, respectively 700, 800 and 900°C for 12 hours and 0, 2 and 4 % wt TiO2. Temperature and time of carbon coating process is fixed at 700°C for 10 hour, amount of carbon coating is 4 wt %. This is done to observe their effects on the electrical conductivity of the cathode material. The phase composition of the synthesized active material is analyzed by XRD. This analysis indicates that the expected phase was formed as LiFePO4. Ti ions were sufficiently doped in LiFePO4 and did not alter its crystal structure. The morphology and distribution of carbon in the material LiFe1- xTixPO4/C were analyzed by SEM/EDX. Increasing the synthesis temperature will increase the particle size and create less porosity. It was decreased the electrical conductivity of LiFe1-xTixPO4/C. Electrical conductivity of LiFe1-xTixPO4/C was tested by the Electrochemichal Impedance Spectroscopy (EIS). This test showed that the electrical conductivity of LiFe1-xTixPO4/C increased by the decreasing of LiFePO4 sintering temperature and the decreasing of the dopant quantity. Carbon coating and doping TiO2 have been successfully improving electrical conductivity of LiFe1-xTixPO4/C. The highest conductivity of LiFe1-xTixPO4/C is obtained by heating at 700ºC and 2% wt TiO2, i.e. in the order of 10-2S/cm.

Kata Kunci : material katoda LiFePO4, pelapisan karbon, doping TiO2, konduktivitas listrik, metode sol-gel