Program Studi Pendidikan Kimia Universitas Sebelas Maret https://jurnal.uns.ac.id/jkpk
ISSN 2503-4146 ISSN 2503-4154 (online)
SINTESIS DAN KARAKTERISASI MATERIAL LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2

## DENGAN METODE KO-PRESIPITASI SATU TAHAP UNTUK BATERAI LI-ION
Synthesis and Characterization of Material LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 using One-Step Co-Precipitation Method for Li-Ion Batteries
Cornelius Satria Yudha 1 , Luthfi Mufidatul Hasanah 1 , Soraya Ulfa Muzayanha 1 , Hendri Widiyandari 2 , dan Agus Purwanto 1,*
1 Program Studi Magister Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami No. 36A, Surakarta, Jawa Tengah 57126, Indonesia
2 Program Studi Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami No. 36A, Surakarta, Jawa Tengah 57126, Indonesia
* Untuk korespondensi: Tel. (0271) 632112, email: aguspur@uns.ac.id
Received: May 07, 2019
Accepted: October 26, 2019
Online Published: December 31, 2019
DOI : 10.20961/jkpk.v4i3.29850

## ABSTRAK
Baterai Li-ion adalah media penyimpan energi yang dapat diaplikasikan sebagai sumber daya  pada  berbagai  peralatan  elektronik.  Komponen  penentu  kapasitas  baterai  terletak  pada material katodanya. Pada dekade terakhir, material katoda dengan kandungan komposisi nikel yang  tinggi  diaplikasikan  untuk  aplikasi  kendaraan  listrik.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah melakukan  sintesis  material  katoda  baterai  Li-ion  kaya  kandungan  nikel,  LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (NCA) dengan metode kopresipitasi satu tahap serta mempelajari karakteristiknya. Konversi ion logam Ni, Co dan  Al  selama proses kopresipitasi  diuji dengan  Spektrofotometri Serapan Atom (AAS).  Berdasarkan  hasil  analisis  difraksi  sinar  X,  material  NCA  memiliki  struktur  heksagonal berlapis  dengan  kekristalan  yang  tinggi.  Berdasarkan  persamaan Scherrer ,  diameter  rata-rata kristalit  sampel  NCA  adalah  40  nm.  Hasil  pindaian  mikroskop  elektron  menunjukkan  partikel memiliki ukuran mikron dengan permukaan halus dan homogen. Komposisi logam Ni, Co, dan Al dianalisis dengan XRF. Pengujian kapasitas baterai dilakukan dengan metode uji galvani pada tegangan 2.7-4.25 V dengan menggunakan grafit sebagai anodanya. Kapasitas spesifik keluar daya pertama NCA adalah 60 mAh/g dengan kapasitas hilang rata-rata per siklus penggunaan sebesar 1%.
Kata Kunci: baterai Li-ion, material, katoda, anorganik, elektrokimia.

## ABSTRACT
Li-ion  battery  is  an  energy  storage  device  which  could  be  applied  as  power  source  for electronic devices. The capacity of a battery is determined by the cathode material. Over this last decade,  high  nickel  content  cathode  material  is  applied  for  electric  vehicular  technology.  This study aims to synthesize a nickel-rich cathode material, LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (NCA) via one-step co-precipitation and study its characteristics. The Ni, Co and Al metal ion conversion during co- precipitation  were  analyzed  using  Atomic  Adsorption  Spectroscopy  (AAS).  Based  on  X-Ray diffraction  analysis,  NCA  sample  exhibited  hexagonal-layered  structure  with  high  crystallinity. Based on Scherrer equation, the mean crystallite diameter of NCA sample is 40 nm. Scanning
electron  microscope  (SEM)  showed  micron-sized  homogenous  particles  with  smooth  surface. The  final  composition  of  Ni,  Co  and  Al  metal  were  confirmed  using  XRF.  The  capacity  of  the battery  was  determined  using  galvanostic  test  method  with  voltage  range  of  2.7-4.25  V  using graphite as the counter anode. The initial specific discharge capacity of NCA is 60 mAh/g while the capacity loss per cycle is 1%.
Keywords: Li-ion batteries, material, cathode, inorganic, electrochemistry

## PENDAHULUAN
Baterai Li-ion adalah media penyimpan energi  dengan  prinsip  merubah  energi  listrik menjadi  energi  kimia  dan  sebaliknya  melalui serangkaian reaksi elektrokimia. Keberadaan baterai Li-ion memberikan kemudahan dalam aktivitas  manusia.  Dengan  baterai  Li-ion, perangkat  elektronik  dapat  dipakai  secara nirkabel dan portabel. Selain itu, baterai Li-ion dapat  diaplikasikan  pada  kendaraan  listrik baik BEV maupun HEV [1].
Terdapat tiga komponen penting dalam baterai  Li-ion  yakni  elektroda,  separator  dan elektrolit. Separator dan elektrolit secara ber- turut-turut  berfungsi  sebagai  pemisah  antara kutub-kutub sel dan media transfer ion lithium selama  proses  penggunaannya.  Elektroda baterai Li-ion dikategorikan menjadi elektroda positif (katoda) dan elektroda negatif (anoda). Elektroda  positif  (katoda)  berfungsi  sebagai sumber  ion  Li  sehingga  material  katoda menjadi  faktor  utama  menentukan  performa dari baterai [2].
LiCoO 2 adalah  material  katoda  yang sering  digunakan  sejak  akhir  abad  ke-20. Namun, material ini mengandung kobalt yang bersifat racun dan  berbahaya serta memiliki harga yang mahal [3]. LiNiO 2 dapat dijadikan substituen  dari  LiCoO 2 karena  Nikel  lebih aman dan  lebih murah dibandingkan kobalt. Namun, Nikel lebih sulit diproses, tidak stabil
secara  termal,  dan  siklus  hidup  baterainya lebih singkat [4], [5].
Substitusi logam parsial dengan logam lain  dapat  meningkatkan  kemampuan  dari LiNiO 2 .  Logam  yang  ditambahkan  biasanya berasal  dari  logam  transisi  seperti  Ti  [6],  Fe [7] dan Mn [8]. Namun doping ganda atom Co dan  Al  dianggap  optimal  dalam  mengatasi permasalahan dari LiNiO 2 dengan komposisi senyawa  akhir  material  katoda  LiNi 0.8 Co 0.15- Al 0.05 O 2 (NCA) [1].
NCA  telah  berhasil  disintesis  dengan metode solid  state [9],  [10] , pirolisis    sembur [11] dan sol-gel [12]. Sintesis dengan metode solid  state dianggap  mudah,  namun  diper- lukan  pencampuran  mekanik  dan  proses pemanasaan yang lama pada suhu pemana- san  yang  tinggi  sehingga  tidak  menjanjikan jika  diaplikasikan  pada  skala  besar.  Metode pirolisis sembur menghasilkan material dengan ukuran  kecil  dan  homogen,  namun  ukuran kecil menyebabkan terpicunya reaksi samping antara  NCA  dengan  elektrolit  selama  proses charge dan discharge . Metode  sol-gel memili- ki kendala yang sama seperti metode pirolisis yang  mana  hasil  partikel  berukuran  nano sehingga siklus hidup baterai menjadi  sangat singkat [13].
Metode ko-presipitasi dianggap metode yang  paling  menjanjikan  karena  membutuh- kan  bahan  baku  yang  murah  dengan  hasil komposit  yang  homogen  [14],  [15].  Terdapat
136 C. S. Yudha dkk., Sintesis dan Karakterisasi Material LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ……….
dua  tahap  pada  metode  kopresipitasi,  tahap pertama dilakukan dengan melarutkan garam logam  ternier  Ni-Co-Al  yang  diendapkan dengan  agen  presipitasi  sehingga  terbentuk presipitat,  tahap  kedua  dilakukan  dengan
mencampur  presipitat  dengan  sumber  litium secara solid state untuk pembentukan komposit yang  dilanjutkan  dengan  tahap  pemanasan. Metode  ini  dianggap  terlalu  panjang  dan menghasilkan limbah cair yang berbahaya.
Dalam studi ini, NCA disintesis dengan metode  kopresipitasi  satu  tahap.  LiOH diguna-kan  sebagai  presipitan  sekaligus sumber  litium  sehingga  proses  sintesis menjadi  lebih  singkat  dari  pada  metode  ko- presipitasi dua tahap. Selain itu, keberadaan ion  NO 3 akan  men-dukung  poses  oksidasi selama pemanasan. Material yang dihasilkan dikarakterisasi  dengan  XRD,  SEM  dan  XRF sedangkan  uji  performa  elektrokimia  dilaku- kan  dengan  menggunakan  sel  silinder  tipe 18650  komersial.  Metode  ko-presipitasi  2 tahap digunakan sebagai pem-banding. Sin- tesis NCA dengan metode ko-presipitasi satu tahap  belum  pernah  dilakukan  oleh  peneliti lain.

## METODE PENELITIAN

## 1.  Alat dan Bahan
Alat  yang  digunakan  adalah  gelas beaker, overhead  stirrer ,  kompor  pemanas, termometer,  oven,  mortar  dan  alu, furnace dan  ayakan  200  mesh.  LiOH  (Merck,
Germany), Ni(NO 3 ) 2. 6H 2 O (Merck, Germany), Co(NO 3 ) 2 .6H 2 O  (Merck,  Germany)  dan Al(NO 3 ) 3. 9H 2 O  (Merck,  Germany)  berturut- turut digunakan sebagai bahan baku sumber Li,  Ni,  Co  dan  Al.  hidroksida  logam  ternier Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 (OH) 2 (Gellon, China) digunakan sebagai pembanding metode ko-presipitasi 2 tahap.
2.  Pembuatan LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 dengan metode ko-presipitasi satu tahap
Menimbang Ni(NO 3 ) 2. 6H 2 O, Co(NO 3 ) 2 .- 6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3. 9H 2 O dengan perbanding- an mol 80:15:5 dan dilarutkan pada aquadest pada  suhu  60˚C  hingga  konsentrasi  logam ternier  1  M.  Setelah  terlarut  sempurna,  2M larutan  LiOH    dicampur  dengan  larutan sebelumnya dengan perbandingan mol Li/Ni+Co+Al  =  1.05/1  selama  1  jam  dengan kecepatan pengadukan 500 rpm. Slurry yang terbentuk  dipanaskan  pada  suhu  120  ˚C hingga volume berkurang 50%. Padatan yang terbentuk  dikeringkan  dalam  oven  selama semalam.  Endapan  yang  terbentuk  dipanas-
Gambar 1. Diagram Alir Proses Sintesis Material Katoda LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 dengan metode ko-presipitasi satu tahap. Ni-Co-Al Nitrat LiOH Kopresipitasi Evaporasi Drying NCA1T Sintering
kan dalam furnace pada suhu 700 ˚C selama 10 jam dengan atmosfer udara.  Produk NCA yang  terbentuk  dihaluskan  dan  diberi  nama NCA1T.
3.  Pembuatan LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 dengan metode ko-presipitasi dua tahap
Sebagai data pembanding, Ni 0.8 Co 0.15- Al 0.05 (OH) 2 yang  disintesis  secara  ko-presi- pitasi  (Gellon,  China)  dicampur  secara mekanik mengunakan ballmill dengan LiOH. Perbandingan  mol  Li:NCAOH  =  2.05:1. Komposit  yang  terbentuk  dipanaskan  dalam furnace  pada  suhu  700  ˚C  selama  10  jam. Produk NCA  yang terbentuk dihaluskan dan diberi nama NCA2T.

## 4.  Uji karakteristik Sampel
Profil  konsentrasi  ion  bebas  Ni-Co-Al diuji  menggunakan  spektroskopi  serapan atom.  Struktur  kristal  dari  sampel  diuji dengan  alat  X-Ray  diffractometer  (XRD) (Bruker,  Germany)  pada  sudut  2θ  10˚-80˚ dengan sinar CuKα panjang gelombang 1.56 Ǻ.  Diameter  kristalit  dihitung  dengan  per- samaan debye-scherrer. Bentuk dan morfologi dari  sampel  diuji  dengan  mikroskop  elektron ( Scaning Electron Microscope ) (Bruker,
Germany).  Komposisi  final  logam  Ni-Co-Al dianalisis dengan XRF (X-Ray Fluoresence).

## 5.  Uji Performa Elektrokimia
Uji performa elektrokimia sampel NCA dilakukan dengan metode galvanostic . Cam-
puran material NCA:AB:PVDF perban- dingan  massa  8:1:1  dikomposit  mengguna- kan ballmill kemudian  ditambah  dengan n- methyl-2-pirrolidone (NMP)  hingga  mem- bentuk slurry . Slurry katoda dilapiskan diatas aluminium  foil  dengan  metode doctor  blade dan  dikeringkan  dalam  oven  dengan  suhu 120 ˚C. Lapisan katoda dipotong, dipress dan digulung  menjadi  silinder  bersama  dengan PP  sebagai  separator  dan  anoda  MCMB yang  disediakan  oleh    unit  produksi  baterai Li-ion UNS. Pengisian elektrolit LiPF 6 dilaku- kan didalam glove-box yang  dialiri gas argon (kandungan  air  <  0.1ppm).  Baterai  di aging selama  satu  hari  sebelum  diuji.  Pengujian baterai  dilakukan  dengan  alat eight  channel battery  tester (Neware,  China)  dengan  arus
1/20 C (1C=200 mAh/g) pada tegangan 2.7-
4.25 V.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Reaksi  pembentukan  material  NCA mulai dari bahan baku menjadi produk dapat dilihat    pada  persamaan  1-5.  Bahan  baku nikel nitrat, kobalt nitrat dan aluminium nitrat yang  sudah  dilarutkan  dengan  aquadest direaksikan dengan larutan LiOH. Keberada- an ion hidroksida menurunkan kelarutan dan kestabilan ion logam Ni-Co dan Al. Konversi ion logam Ni-Co dan Al setelah 30 menit dan 60  menit  proses  kopresipitasi  dapat  dilihat pada Gambar 2.
2.05LiOH (aq) +Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 (NO 3 ) 2.05(aq)  Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 (OH) 2.05(s) + 2.05LiNO 3(aq) (1)
Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 (OH) 2.05(s) + LiNO 3(aq)  2.05LiNO 3 (Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 (OH) 2.05 ) (s) (2) 2.05LiNO 3 (Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 (OH) 2.05 ) (s)  Li 2.05 Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2(s) + 2.05NO 2(g) + 2.05H 2 O (g) (3)
Li 2.05 Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2(s) + xH 2 O (g) + yCO 2(g)  xLiOH (s) yLi 2 CO 3- Li 2.05-x-2y Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2(s) (4)
xLiOH (s) yLi 2 CO 3- Li 2.05-x-2y Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2(s)  xLiOH (aq) +yLi 2 CO 3(aq) + Li 2.05-x-2y Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2(s) (5)
138 C. S. Yudha dkk., Sintesis dan Karakterisasi Material LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ……….
Gambar  2.  Konversi  ion  logam  Ni-Co-Al selama Proses Kopresipitasi
Pada akhir reaksi, konversi Ni 2+ , Co 2+ , dan  Al 3+ masing-masing  adalah  99%,  98% dan  96%  proses  reaksi  yang  diperlama bertujuan  untuk  pembentukan  nukleus  atau inti kristal hingga pada akhirnya partikel NCA akan  seragam  [16],  [17].  Proses  evaporasi cairan (persamaan 2) bertujuan untuk meng- kristalkan  LiNO 3 pada  permukaan  padatan hidroksida  NCA  secara  merata.  Supaya  air dapat  dipisahkan  secara  sempurna,  cairan yang  masih  basah  dikeringkan  dalam  oven selama semalaman sehingga padatan hidroksida ternier logam yang terlapisi LiNO 3 terbentuk.  Padatan  yang  terbentuk  dipanas- kan  dalam muffle  furnace selama  10  jam pada  suhu  700 ˚C.  Padatan  yang  terbentuk mengandung ekses Li yang mudah bereaksi dengan  uap  air  dan  CO 2 membentuk  LiOH dan  LI 2 CO 3 .  Untuk  membuang  kandungan LiOH  dan  Li 2 CO 3 ,  padatan  dicuci  dengan etanol [18].
Untuk menentukan karakteristik struk- tural  dari  padatan  NCA1T  dan  NCA2T, sampel  dianalisis  dengan  difraktometri  sinar X.  Pola  difraksi  sampel  NCA1T  dan  NCA2T ditampilkan  pada  Gambar  3.  Berdasarkan pola  difraksinya,  kedua  sampel  memiliki
struktur  heksagonal  berlapis  mirip  dengan struktur  α-NaFeO 2 dan  semua  puncak  ter- indeks  dengan  kartu  JCPDS  87-1562  yang menandakan material NCA berhasil terbentuk [1].
Gambar  3.  Pola  difraksi  sinar  X  sampel NCA1T dan sampel NCA2T
Parameter  kisi,  diameter  kristalit  dan parameter intensitas difraksi dapat dicantum- kan  pada  Tabel  1.  Parameter  kisi  diperoleh dengan  regresi  linier.  Diameter  kristalit dihitung  dengan  persamaan  debye-scherer pada  persamaan  6.  Parameter  rasio  (I) dtinjau  pada  puncak  (003)  dan  (104).  Nilai rasio  puncak  intensitas  (003)/(104)  yang tinggi  mengindikasi  rendahnya  kandungan Ni 2+ pada  sampel.  Keberadaan  Ni 2+ menye- babkan  tertukarnya  posisi  Li  dengan  Ni 2+ sehingga  posisi  atom  yang  salah  dapat menurunkan  kemampuan  berpindah  ion litium dan menurunkan kapasitas dari baterai. Sampel NCA1T memiliki rasio intensitas lebih besar  dibandingkan  NCA2T.  Keberadaan komponen  NO 3 - membantu  proses  oksidasi dari  Ni 2+ menjadi  Ni 3+ sehingga  fenomena pertukaran Li dan Ni dapat dihambat.
Sampel NCA2T memiliki rasio
intensitas yang kecil karena proses oksidasi atom Ni sulit tercapai pada kondisi atmosfer udara sehingga kandungan Ni 2+ dalam sam- pel  masih  tinggi  [19] –[22].  Diameter  kristalit (d) NCA1T dan NCA2T dihitung dari puncak tertinggi  dengan  metode  debye-scherer masing-masing  adalah  40  nm  dan  34  nm.
Diameter  kristalit    yang  besar  mengindikasi tingginya  kekristalan  dari  material  yang  ber- pengaruh terhadap ketahanan struktur material  selama  proses charge dan dis- charge [23].  Parameter  R  dievaluasi  untuk mendeteksi  tingkat  keteraturan  dari  struktur atom  pada  material.  Semakin  kecil  nilai  R, maka semakin teratur struktur atomnya [24].
Morfologi partikel yang dihasilkan dari proses sintesis dievaluasi dengan mikroskop elektron atau scanning electron microscope.
Gambar  4  menampilkan  hasil  pindaian mikroskop  elektron  sampel  NCA1T  dan NCA2T  pada  perbesaran  3000x  dan  5000x.
Tabel 1. Parameter kisi dan struktrur sampel material NCA Parameter a c c/a I(003)/I(104) Diameter kristalit (d) R (I006/(I101+I012)) NCA1T 2.84 14.16 4.98 1.5 40 nm 0.30 NCA2T 2.86 14.09 4.92 0.8 34 nm 0.63
Gambar 4. Hasil Pindaian Elektron (SEM) sampel (A)NCA1T pada perbesaran 3000x, (B)NCA2T pada perbesaran 3000x, (C) sampel NCA1T pada perbesaran 5000x, dan (D) NCA2T pada perbesaran 5000x.
A B C D 30 μm 30 μm 10 μm 10 μm
140 C. S. Yudha dkk., Sintesis dan Karakterisasi Material LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ……….
Padatan  partikel  NCA1T  memiliki  bentuk poligonal  dengan  diameter  rata-rata  31,23 μm sedangkan NCA2T memiliki bentuk semi- spheris atau lonjong dengan diameter 37,23 μm. Besarnya diameter pada sampel NCA1T disebabkan  terjadinya  aglomerasi  partikel- partikel  dengan  ukuran  lebih  kecil  selama proses  pemanasan  dan  evaporasi  cairan. Apabila dilihat pada perbesaran 5000x, dapat disimpulkan  semua  partikel  terdiri  dari partkel-partikel  kecil  dengan  ukuran  sub- mikron.   Selama proses presipitasi, partikel- partikel  kecil  (partikel  primer)  akan  cen- derung berkumpul menjadi partikel sekunder yang  lebih  besar.  Pada  kasus  ini,  terlihat bahwa  sampel  NCA1T  memiliki  kepadatan yang    lebih  besar  dibandingkan  sampel NCA2T.  Berdasarkan  uji  kerapatan  mampat ( tapped  density )  densitas  NCA1T  dan NCA2T  secara  berturut-turut  adalah  1,77 g/cm 3 dan 1,6 g/cm 3 . Kepadatan yang besar menguntungkan  dalam  merancang  baterai dengan performa tinggi [25], [26].
Komposisi  logam  Ni,  Co  dan  Al menentukan  performa  elektrokimia  baterai. Semakin besar nilai Ni, maka kapasitas akan naik  namun  tidak  stabil.  Semakin  besar kandungan  Co,  maka  kapasitas  akan  lebih rendah namun memiliki performa yang stabil dengan  umur  pakai  yang  lebih  panjang. Kandungan  Al  tidak  berpengaruh  terhadap kapasitas,  namun  keberadaannya  mening- katkan stabilitas termal dari baterai. Hasil uji XRF sampel NCA1T dan NCA2T dapat dilihat pada Tabel 2. Nilai komposisi Ni, Co dan Al pada  tiap  sampel  sedikit  berbeda  dari  mol yang  diinginkan.  Perbedaan  komposisi disebabkan  karena  distribusi  atom  yang
kurang  homogen.  Pada  atom  Al,  diprediksi terdapatnya error pada Al disebabkan karena kecenderungan  Al  membentuk  ion  aluminat pada  saat  proses  ko-presipitasi,  dengan demikian  ion  Al  cenderung  lebih  sulit  ter- disribusi  secara  merata  pada  padatan sampel [27], [28]. Walaupun demikian, error nilai komposisi dapat diabaikan.
Tabel 2. Komposisi molar logam Ni, Co, dan
Al pada sampel %Ni %Co %Al NCA1T 83 14 3 NCA2T 81 15 3.5
Performa  elektrokimia  baterai  diuji dengan metode galvanostat pada baterai tipe silinder  18650  (diameter  18  mm,  tinggi  65 mm). Susunan dalam baterai meliputi katoda (sampel  NCA),  separator  berbahan  polipro- pilena  dan  anoda  grafit.  Secara  reaksi elektrokimia,  proses charging dalam  baterai adala  proses  berpindahnya  ion  Li  yang  ter- sisip dalam material katoda melalui elektrolit menuju  anoda  seperti  yang  tercantum  pada persamaan (6), (7), (8). Proses charging sama seperti  proses  elektrolisis  dimana  energi listrik  dikonversi  menjadi  energi  kimia  atau potensial.  Pada  proses discharging ,  ion  Li berpindah  dari  anoda  yang  telah  terlitiasi menuju  ke  katoda  sekaligus  melepas  elek- tron. Proses ini sama seperti proses pada sel galvani  pada  baterai  primer  dimana  energi kimia  atau  potensial  dikonversi  menjadi energi  listrik  seperti  yang  tercantum  pada persamaan (9), (10), dan (11). Reaksi keselu- ruhan  pada  satu  siklus  baterai  dapat  dilihat pada persamaan (12) [29].
Charging :
LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2  xLi + + Li 1-x Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 + xe - (6)
xLi + + xe - + 6C  LixC 6 + (7) LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 + 6C  Li 1-x Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 + Li x C 6 (8)
Discharging :
xLi + + Li 1-x Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 + xe -  LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (9) LixC 6  xLi + + xe - + 6C +                                                     (10) LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 + 6C  Li 1-x Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 + Li x C 6 (11)
Reaksi Keseluruhan : charging LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 + 6C Li 1-x Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 + Li x C 6 (12) discharging
Kurva charge-discharge sampel NCA1T dan NCA2T disajikan pada Gambar 5. Proses charging  dianggap  selesai  ketika  tegangan mencapai  4.25  V  sedangkan  proses dis- charging dianggap selesai ketika tegangan 2.7 V. Berdasarkan Gambar 5, kenaikan tegangan cenderung stabil setelah tegangan melampaui 3.4  V.  Kenaikan  atau  penurunan  yang  stabil menunjukan bahwa proses perpindahan ion Li sedang berlangsung.
Gambar 5. Kurva charge-discharge performa sampel NCA1T dan NCA2T.
Secara keseluruhan, kapasitas disharge spesifik sampel NCA1T dan NCA2T masing-
masing adalah 60 mAh/g dan 43 mAh/g pada arus  10  mA/g.  Kapasitas  sampel  NCA1T lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  NCA2T sesuai  dengan  karakteristik  yang  telah dijabarkan  sebelumnya.  Struktur  NCA  yang baik mempermudah proses perpindah-an ion litium. Kapasitas  yang buruk dapat  disebab- kan oleh struktur yang buruk, adanya reaksi samping yang bersifat parasitik dan kesalahan  dalam  fabrikasi.  Berdasarkan karakterisasi  sebelumnya,  kapasitas  baterai yang  kecil  juga  dapat  disebabkan  oleh morfologi  partikel.  Partikel  dengan  ukuran besar menghambat proses transfer ion litium [30].
Kestabilan  performa  diuji  dengan  uji siklus.  Gambar  6  menampilkan  performa siklus sampel NCA1T dan NCA2T yang diuji pada kondisi ruangan dengan rapat arus 10 mA/g  .  Setelah  15  siklus,  kapasitas  NCA1T masih memiliki kapasitas sebesar 51 mAh/g sedangkan kapasitas NCA2T memiliki kapasitas  30,75  mAh/g.  Dapat  disimpulkan bahwa retensi kapasitas NCA1T dan NCA2T masing-masing  adalah  85%  dan  71,5% setelah 15 siklus. Drop kapasitas dari sampel
142 C. S. Yudha dkk., Sintesis dan Karakterisasi Material LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ……….
NCA1T  dan  NCA2T  masing-masing  1%  per siklus dan 1.9% per siklus. Hal ini konsisten dengan  hasil  analisis  XRD  yang  disajikan pada  Tabel  1.  Nilai  I(003)/I(104)  yang  tinggi pada  sampel  NCA1T  membuktikan  bahwa selama  proses  sintering,  oksidasi  logam transisi Ni dari Ni 2+ menjadi Ni 3+ berlangsung lebih  mudah  dengan  bantuan  oksidan  ion nitrat  yang  terdekomposisi  selama  proses pemanasan.  Dengan  demikian,  struktur material NCA lebih baik. Menurut Purwanto, dkk., struktur NCA yang baik dapat mening- katkan  koefisien  difusi  ion  Li  sehingga memberikan  kapasitas  retensi  yang  lebih besar [1], [31].
Gambar  6.  Performa  siklus  sampel  NCA1T dan NCA2T

## KESIMPULAN
Material katoda kaya kandungan nikel
LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 atau  litium  nikel  kobal aluminium oksida berhasil  disintesis dengan metode  ko-presipitasi  satu  tahap  (NCA1T) dan  dua  tahap  (NCA2T).  Berdasarkan  hasil analisis XRD, kedua sampel bersifat kristalin dengan  struktur  lapis  heksagonal  yang terindeks baik dengan referensi kartu JCPDS. Morfologi partikel sampel  berbeda  antar satu
dengan  yang  lain.  Berdasarkan  hasil  XRF, komposisi  logam  Ni-Co  dan  Al  mendekati target  komposisi  yang  diinginkan.  Sampel NCA1T  memiliki  performa  kapasitas  dan siklus lebih baik dibandingkan sampel NCA2T. Dengan demikian, metode ko-presipitasi satu tahap  menjadi  alternatif  metode  pembuatan material  katoda  yang  menjanjikan.  Penelitian lanjutan  mengenai  mekanisme  pembentukan partikel  selama  proses  kopresipitasi  diperlu- kan untuk kedepannya.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada  Lembaga  Pengelola  Dana  Pendidi- kan  (LPDP)  atas  bantuan  pendanaan  riset melalui skim RISET INOVATIF PRODUKTIF (RISPRO)  INVITASI  (nomor  kontrak  PRJ- 31/LPDP/2018).

## DAFTAR RUJUKAN
[1] A.  Purwanto,  C.  S.  Yudha,  U.
Ubaidillah,  H.  Widiyandari,  &  T.  Ogi,
“NCA  cathode  material :  synthesis methods  and  performance  enhan- cement efforts NCA cathode material : synthesis  methods  and  performance enhancement  efforts,” Mater.  Res. Express ,  vol.  5,  no.  12,  p.  122001, 2018.
[2] E. M. Erickson, F. Schipper, T. R.  Penki, J.  Y.  Shin,  C.  Erk,  F.  F.  Chesneau,  B. Markovsky,  &  D.  Aurbach, “Review- Recent  Advances  and  Remaining Challenges  for  Lithium  Ion  Battery Cathodes,” J.  Electrochem.  Soc. ,  vol.
164, no. 1, pp. A6341 –A6348, 2017.
[3] N. Nitta, F. Wu, J. T. Lee, & G. Yushin, “Li-ion  battery  materials:  Present  and future,” Mater.  Today ,  vol.  18,  no.  5, pp. 252 –264, 2015.
[4] P.  Kalyani  & N.  Kalaiselvi,  “Various aspects  of  LiNiO2  chemistry:  A review,” Sci. Technol. Adv. Mater. , vol.
6, no. 6, pp. 689 –703, 2005.
[5] J.  Duan,  C.  Wu,  Y.  Cao,  K.  Du,  Z. Peng,  & G.  Hu,  “Enhanced  electro- chemical  performance  and  thermal stability  of  LiNi0.80Co0.15Al0.05O2 via  nano- sized  LiMnPO4  coating,” Electrochim. Acta , vol. 221, pp. 14 –22, 2016.
[6] V.  Subramanian  &  G.  T.  K.  Fey, “Preparation  and  characterization  of LiNi0.7Co0.2Ti0.05M0.05O2  (M=Mg, Al  and  Zn)  systems  as  cathode materials  for  lithium  batteries,” Solid State  Ionics ,  vol.  148,  no.  3 –4,  pp. 351 –358, 2002.
[7] C.  Kim,  T.-J.  Park,  S.-G.  Min,  S.-B. Yang,  &  J.- T.  Son,  “Effects  of  iron doping  at  55  °C  on  LiNi0.85Co0.- 10Al0.05O2,” J.  Korean  Phys.  Soc. , vol. 65, no. 2, pp. 243 –247, 2014.
[8] D.  Y.  Wan,  Z.  Y.  Fan,  Y.  X.  Dong,  E. Baasanjav, H.-B. Jun, B. Jin, E. M. Jin, & S.  M. Jeong . , “Effect of Metal (Mn , Ti) Doping  on  NCA  Cathode  Materials  for Lithium  Ion  Batteries,” Journal  of Nanomaterials , vol. 2018, pp. 1-9, 2018.
[9] S. Xia, Y. Zhang, P. Dong, & Y. Zhang, “Synthesis  cathode  material  LiNi 0.80
Co 0.15 Al 0.05 O 2 with  two  step  solid- state  method  under  ai r  stream,” Eur. Phys. J. Appl. Phys. , vol. 65, no. 1, p. 10401, 2014.
[10]  Z.  Qiu,  Y.  Zhang, D. Wang,  &  S.  Xia, “A ternary oxide precursor with trigonal structure  for  synthesis,” Solid  State Electrochem , 2017.
[11]  S. H. Ju, H. C. Jang, & Y. C. Kang, “Al- doped Ni-rich cathode powders
prepared  from  the  precursor  powders with  fine  size  and  spherical  shape,” Electrochim. Acta , vol. 52, no. 25, pp. 7286 –7292, 2007.
[12]  P.  PengDong,  S.  Xia,  Y.  Zhang,  Y. Zhang, Z. Qiu, & Y. Yao, “Influence of Complexing  Agents  on  the  Structure and  Electrochemical  Properties  of LiNi0.80Co0.15Al0.05O2 Cathode Syn- thesized  by  Sol-Gel  Method:  a  Com- parative  Study,” Int.  J.  Electrochem. Sci. , vol. 12, pp. 561 –575, 2017.
[13]  K. Kleiner, D. Dixon, P. Jakes, J. Melke, M.  Yavuz,  C.  Roth,  K.  Nikolowski,  V. Liebau,  &  H.  Ehrenberg, “Fatigue  of
LiNi0.8Co0.15Al0.05O2  in  commercial
Li ion batteries,” J. Power Sources , vol. 273, pp. 70 –82, 2015.
[14]  W.  Liu,  G.  Hu,  D,  Z.  Peng,  Y.  Cao,  & Q. Liu, “Synthesis and characterization of  LiCoO2-coated  LiNi0.8Co0.15Al0.- 05O2 cathode materials,” Mater. Lett. , vol. 83, pp. 11 –13, 2012.
[15]  H. Xie, G. Hu, K. Du, Z. Peng, & Y. Cao, “An improved continuous co-
precipitation  method  to  synthesize LiNi0.80Co0.15Al0.05O2 cathode mate- rial,” J. Alloys Compd. , vol. 666, pp. 84 – 87, 2016.
[16]  J.  Seo  & J.  Lee,  “Fast  growth  of  the precursor  particles  of  Li(Ni0.8Co0.- 16Al0.04)O2  via  a  carbonate  co-pre- cipitation route and its electrochemical performance,” J.  Alloys  Compd. ,  vol. 694, pp. 703 –709, 2017.
[17]  J.  Seo  & J.  Lee,  “carbonate  co- precipitation  route  and  its  electro- chemical  performance,” J.  Alloys Compd. , vol. 694, pp. 703 –709, 2017.
[18]  L. Jian, C. Bao-Rong, & Z. Hong-Ming, “Effects  of  Washing  and  Heat- treatment  on  Structure  and  Electro- chemical  Charge/Discharge  Property for  LiNi0.8Co0.15Al0.05O2  Powder,” J. Inorg. Mater. , vol. 31, no. 7, p. 773, 2016.
[19]  K.  D.  .  Ekawati,  A.  P.  Sholikah,  C.  S. Yudha, H. Widiyandari, & A. Purwanto, “Comparative  Study  of  NCA  Cathode Material  Synthesis  Methods  towards Their Structure Charac- teristics,” 2018 5th Int. Conf. Electr. Veh. Technol. , pp. 57 –61, 2018.
[20]  I.  P.  Lestari,  C.  S.  Yudha,  A.  R. Nurohmah,  H.  Widiyandari,  M.  N. Ikhsanudin,  & A.  Purwanto,  “Syn- thesis  And  Characterization  Of  Pre- cipitation Method With Green Chelating Agents,” 2018 5th Int. Conf. Electr. Veh. Technol. , pp. 53 –56, 2018.
[21]  S. U. Muzayanha, C.  S.  Yudha, L. M. Hasanah,  A.  Nur,  &  A.  Purwanto, “Effect of Heating on the Pretreatment Process  for  Recycling  Li-Ion  Battery Cathode,” J. Kim. dan Pendidik. Kim. , vol. 4, no. 2, pp. 105 –114, 2019.
144 C. S. Yudha dkk., Sintesis dan Karakterisasi Material LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ……….
[22]  W.  M.  Liu,  G.  R.  Hu,  Z.  D.  Peng,  K. Du, Y. B. Cao, & Q. Liu, “Synthesis of spherical LiNi0.8Co0.15Al0.05O2
cathode  materials  for  lithium-ion batteries  by  a  co-oxidation-controlled crystallization method,” Chinese  Chem.
Lett. ,  vol.  22,  no.  9,  pp.  1099 –1102, 2011.
[23]  M. Pharr, K. Zhao, X. Wang, Z. Suo, & J. J.  Vlassak,  “Kinetics  of  Initial Lithiation  of  Crystalline  Silicon  Elec- trodes of Lithium- Ion Batteries,” 2012.
[24]  Z. Qiu, Y. Zhang, S. Xia, & Y. Yao, “A facile  method  for  synthesis  of  LiNi  0 .8Co0.15Al0.05O 2  cathode  material,”
Solid  State  Ionics ,  vol.  307,  no.  April, pp. 73 –78, 2017.
[25]  Y.  Kim  & D.  Kim,  “Synthesis  of  High- Density Nickel Cobalt Aluminum
Hydroxide  by  Continuous  Coprecipi- tation  Method,” ACS  Appl.  Mater. Interfaces , vol. 4, pp. 586 –589, 2012.
[26]  F. Lin, D. Nordlund, Y. Li, M. K. Quan, L. Cheng, T.-C. Weng, Y. Liu, H. L. Xin &  M.  M.  Doeff, “Metal  segregation  in hierarchically structured cathode materials for high-energy lithium batteries,” Nat.  Energy ,  vol.  1,  no.  1, pp. 1 –8, 2016.
[27]  K.  He,  Z.  Ruan,  X.  Teng,  &  Y.  Zhu, “Facile  synthesis  and  electrochemical properties  of  spherical  LiNi0.85−x- Co0.15AlxO2with  sodium  aluminate via co- precipitation,” Mater. Res. Bull. , vol. 90, pp. 131 –137, 2017.
[28]  H. Z. Zhang, C. Liu, D. W. Song, L. Q. Zhang  &  L.  J.  Bie ,  “A  new  synthesis strategy towards enhancing the structure  and  cycle  stabilities  of  the LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 cathode material,”
J.  Mater.  Chem.  A ,  vol.  5,  no.  2,  pp. 835 –841, 2017.
[29]  J. M. Tarascon & M. Armand, “Issues and  challenges  facing  re-chargeable lithium batteries,” Nature , vol. 414, no. 6861, pp. 359 –367, 2001.
[30]  I.  Hwang,  C.  W.  Lee,  J.  C.  Kim,  &  S. Yoon,  “Particle  size  effect  of  Ni-rich cathode  materials  on  lithium  ion battery  performance,” Mater.  Res. Bull. , vol. 47, no. 1, pp. 73 –78, 2012.
[31]  S. U. Muzayanha, C. S. Yudha, A. Nur, H.  Widiyandari,  H.  Haerudin,  H. Nilasary, F. Fathoni, & A. Purwanto, “A
Fast  Metals  Recovery  Method  for  the
Synthesis  of  Lithium  Nickel  Cobalt
Aluminum Oxide Material from Cathode Waste,” Metals  (Basel). ,  vol. 9, no. 615, 2019.