ISSN: 1410-8917 e-ISSN: 2597-9914
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 136 – 142

## Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi
Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Pengaruh Rasio LiBOB:TiO 2 dari Lembaran Polimer Elektrolit sebagai Pemisah terhadap Kinerja Elektrokimia Baterai Lithium- Ion Berbasis LTO
Agriccia Pangestica Saputry a,* , Titik Lestariningsih b , Yayuk Astuti a,c,* ,
a Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang b LIPI research center, Kawasan Puspitek Serpong, Tangerang Selatan
c National Center for Sustainable Transportation Technology (NCSTT), Bandung, Indonesia
* Corresponding author: agricciaputri@gmail.com ; yayuk.astuti@live.undip.ac.id https://doi.org/10.14710/jksa.22.4.136-142
Art ic le   Info

## Ab s t rac t
Article history:
Received: 2 May 2019
Revised: 27 June 2019 Accepted: 12 July 2019 Online: 31 July 2019
Keywords: LiBOB; LTO anode; conductivity; reversibility; charge ; dis charge ; ion lithium battery
Title: The Effect of Ratio LiBOB:TiO 2 of Electrolyte Polymer Sheets as separator s on the Electrochemical Performance of LTO-Based Lithium-Ion Batteries
LTO  anode-based  Ion-Lithium  batteries  with  artificial  polymer  electrolyte  sheets consisting  of  PVdF-HFP,  TiO 2 ,  and  LiBOB  as  well  as  commercial  sheets  and  with electrolyte  solutions  LiTFSI  and  LiPF 6 have  been  made  by  assembling  method.  The changing variables in this study were the ratio between TiO 2 and LiBOB for separator sheets  and  types  of  electrolytes  used,  namely,  LiTFSI  and  LiPF 6 .  Some characterizations  were  undertaken  to  determine  battery  performance  including battery voltage determination, Cyclic Voltammetry (CV) testing to measure battery cell performance, and Electrochemical Impedance Spectrometry (EIS) analysis to measure battery conductivity values. The results showed that the presence of LiBOB and TiO 2 at the separator in  the  battery  can  improve  the  performance  of  LTO-based  lithium batteries.  Artificial separator sheets  with  a  composition  ratio  of  TiO 2 :  LiBOB  of  5:25 with electrolyte solution LiPF 6 which produces work stress, potential difference, and ionic  conductivity  of  3.06  V;  0.3  V;  and  1.486x10 -6 Scm -1 is  the  best  possible  to  be applied to lithium-ion batteries.

## Ab s t rak
Kata Kunci: LiBOB; anoda LTO-Zr; konduktivitas; reversibilitas; charge ,
dis charge ; ion baterai lithium Baterai litium ion berbasis anoda Li 4 Ti 5 O 12 ( LTO) dengan lembaran polimer elektrolit sintesis  (buatan)  PVdF-HFP,  TiO 2 , dan  LiBOB  serta  lembaran  komersial  dan dengan larutan  elektrolit  LiTFSI  dan  LiPF 6 telah  dibuat  dengan  metode assembling. Variabel berubah dalam penelitian ini adalah rasio antara TiO 2 dan LiBOB serta jenis elektrolit yang  digunakan  yaitu  LiTFSI  dan  LiPF 6 .Beberapa  karakterisasi  dilakukan  untuk menentukan kinerja baterai di antaranya penentuan tegangan baterai, pengujian Cyclic Voltammetry (CV) untuk mengukur kinerja sel baterai, dan pengujian Electrochemical Impedance  Spectrometry (EIS)untuk  mengukur  nilai  konduktifitas  baterai.  Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  adanya  kandungan  LiBOB  dan  TiO 2 pada separator dalam baterai dapat meningkatkan kinerja baterai litium ion berbasis LTO. Lembaran separator buatan  dengan  rasio  komposisi  TiO 2 :LiBOB  sebesar  5:25  dengan  larutan elektrolit LiPF 6 yang menghasilkan tegangan kerja, beda potensial, dan konduktivitas
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 136 – 142
ionik  berturut-turut  sebesar  3,06  V;  0,3  V;  dan  1,486x10 -6 Scm -1 adalah  yang dimungkinkan paling baik untuk diaplikasikan pada baterai litium ion.

## 1. Pendahuluan
Baterai  didefenisikan  sebagai  suatu  alat  penyimpan energi  yang  berupa  sel  elektrokimia  yang  dapat mengubah  langsung  energi  kimia  menjadi  energi listrik [1].  Saat  ini,  penggunaan  baterai  sebagai  penyimpan energi listrik  pada  berbagai  peralatan  elektronik  seperti telepon  genggam,  laptop  dan gadget lainnya  semakin meningkat.  Dalam  kegunaannya,  baterai  harus  mampu bekerja secara efisien, bahan bakunya mudah diperoleh, ekonomis,  ramah  lingkungan  dan  berkapasitas  tinggi. Salah  satu  jenis  baterai  yang  efisien  adalah  baterai sekunder  seperti  baterai  litium  ion.  Baterai  sekunder merupakan  jenis  baterai  di  mana  terjadi  reaksi  kimia secara  reversible.  Pada  saat  baterai  digunakan  dengan menghubungkan beban pada terminal baterai ( discharge ), elektron akan mengalir dari negatif ke positif. Sedangkan pada  saat  sumber  energi  luar  dihubungkan  ke  baterai sekunder, elektron akan mengalir dari positif ke negatif sehingga  terjadi  pengisian  muatan  pada  baterai. Kelebihan  baterai  litium  ion  adalah  memiliki lifecycle panjang  (500-1000  siklus),  beda  potensial,  densitas energi,  dan  kapasitas spesifik  lebih  tinggi  dibandingkan dengan  baterai  sekunder  yang  lain  [1].  Komponen  sel baterai  terdiri  dari  elektroda  (anoda  dan  katoda), elektrolit, separator , wadah dan terminal/ current collector. Salah  satu  anoda  yang  berpotensi  digunakan  adalah Li 4 Ti 5 O 12 (Lithium-Titanium  Oxide,  LTO).  Baterai berbasis Li 4 Ti 5 O 12 (LTO) memberikan keuntungan dalam stabilitas  kimia,  dapat  diisi  ulang  dengan  cepat  dan dikosongkan dengan lambat, memiliki luas rentang suhu operasi  dan  efisiensi  mengisi  ulang  melebihi  98%  serta memberikan  siklus  hidup  lebih  lama.  Anoda  LTO  dapat dipasangkan dengan lithium metal yang berperan sebagai katoda.  Pada  proses charging (oksidasi)  terjadi  proses deinterkalasi  dari  katoda  Li-logam  ke  anoda  LTO  dan pada  proses discharging (reduksi)  terjadi  proses interkalasi dari anoda LTO ke katoda Li-metal. Interkalasi merupakan proses pelepasan ion lithium dari tempatnya di struktur kristal suatu bahan elektroda dan pemasukan ion  lithium  pada  tempat  di  struktur  kirstal  bahan elektroda yang lain [2].
Sel  baterai  memerlukan  sejumlah  garam  aditif sebagai  elektrolit  untuk  meningkatkan  kinerja  baterai. Kebanyakan  LiPF 6 adalah  garam  yang  paling  umum digunakan  [3].  Garam  elektrolit  lain  yang  berpotensi sebagai elektrolit dalam sel baterai adalah LiTFSI karena sensitivitasnya yang lebih rendah terhadap hidrolisis dan peningkatan stabilitas termal dan elektrokimia [4]. Pada penelitian  ini  akan  dibandingkan  antara  garam  LiPF 6 dengan garam LiTFSI sebagai suatu elektrolit. Selain itu, saat ini lembaran separator yang digunakan dapat berupa separator komersial atau separator hasil sintesis, separator komersial memiliki keunggulan yakni pada sifat mekanik yang  baik,  serta  pada  stabilitas  elektrokimia.  Namun, separator komersial  memiliki  kelemahan  dalam  hal konduktivitas  ion  rendah,  kompatibilitas  rendah,  dan
rasio  penyusutan separator tinggi  terutama  pada  suhu tinggi [5]. Oleh karena itu, perlu dikembangkan lembaran separator hasil sintesis yang menghasilkan konduktivitas ion  tinggi  sehingga  meningkatkan  kinerja  baterai. Polyvinylidene  difluorida-hexafluoropropylene (PVDF- HFP)  adalah  bahan  polimerisasi  yang  berpotensi dijadikan lembaran separator karena stabil secara kimiawi di  bawah  kondisi  penyimpanan  dan  penanganan  yang normal,  ketahanan  panas,  dan  konduktivitas  ion  yang tinggi  [5].  Pada  penelitian  sebelumnya  [6]  dihasilkan separator PVdF-CA/Al(OH) 3 dengan  serapan  elektrolit tinggi  (403,9%),  unggul  pada  ketahanan  termal  dan konduktivitas ion baik (2,85 mScm -1 ) [5]. Dalam polimer, HFP berperan mengurangi kristalinitas, menambah daya larut  dan  menurunkan  suhu  leleh  [7].  Untuk meningkatkan  kinerja  lembaran separator ,  diperlukan suatu  aditif  seperti  Lithium  Bis  (Oksalato)  Borat  atau LiBOB (LiB (C 2 O 4 ) 2 ) yang merupakan agen konduktif yang memiliki keunggulan yakni stabilitas panas cukup tinggi [8] dan suatu filler seperti TiO 2 untuk mengurangi fraksi kristalin dari elektrolit dalam komposit polimer [9] serta meningkatkan konduktivitas ionik dan transfer ion [7].
Dalam  penelitian  ini,  dilakukan  analisis  terhadap baterai  Li-ion  berbasis  LTO  dengan  variasi  rasio komposisi filler TiO 2 :LiBOB dan variasi larutan elektrolit berupa analisis elektrokimia Cyclic Voltammetry (CV) dan Electrochemical Impedance Spectrometry (EIS).

## 2. Metodologi Penelitian

## 2.1. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain pinset, gunting,  penggaris  bulat, cawan  petri, glove box , instrumen EIS (HIOKI 3532-50), instrumen CV ( Automatic Battery Cycler (WBCS 3000)), Multimeter Digital, Hydrolic Crimping Machine , Neraca digital, oven, dan Mikrometer Sekrup Digital, sedangkan bahan yang digunakan antara lain  membran separator , cap (tutup  atas), can (tutup bawah), wave  spring / spaser , steel  plate ,  anoda  LTO (Li 4 Ti 5 O 12 ),  logam  Li  (Li-metal),  elektrolit  LiTFSI, elektrolit LiPF 6 , dan aseton.
2.2. Pembuatan Membran separator
Membran separator yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari 2 tipe separator , yaitu separator buatan dan separator komersial .  Separator buatan  yang  digunakan terdiri  dari  campuran  PVdF,  TiO 2 ,  dan  LiBOB  dengan kadar PVdF sebesar 70% dan kadar (TiO 2 + LiBOB) sebesar 30%.  Membran  seperator  terdiri  dari  5  variasi,  yaitu membran separator dengan  variasi  perbandingan  rasio antara TiO 2 dan LiBOB sebesar 0:30, 2:28, 5:25 dan 8:22 serta  membran separator komersial.  Membran separator komersial  yang  digunakan  merupakan separator jenis PVdF-HFP.
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 136 – 142 138
2.3. Proses Assembling Baterai Litium Ion Berbasis LTO
Lembaran anoda LTO dipotong berbentuk lingkaran dengan  ukuran  diameter  16  mm,  sedangkan  membran separator dipotong  berbentuk  lingkaran  dengan  ukuran diameter  19  mm.  Bahan  anoda  LTO  ditimbang  dengan menggunakan  neraca  digital.  Berat  bahan  anoda diperoleh  dengan  melakukan  penimbangan  pada lembaran  anoda  dengan  bahan  elektrodanya,  dan penimbangan  lembaran  anoda  tanpa  bahan  elektroda. Lalu  berat  lembaran  anoda  dengan  bahan  dikurangi dengan  berat  lembaran  anoda  tanpa  bahan,  sehingga diperoleh  berat  bahan  anodanya.  Sedangkan  ketebalan separator diukur  dengan  menggunakan  alat  Mikrometer Sekrup Digital. Casing baterai litium ion yang terdiri dari cap  (tutup  atas), can (tutup  bawah), wave  spring / spaser , dan steel  plate dicuci  dengan  larutan  aseton.  Kemudian casing baterai  dikeringkan  di  atas  tissue  untuk selanjutnya  dipanaskan  dalam  oven  selama  ±15  menit pada suhu sekitar 50°C.
Proses  assembling  baterai  dilakukan  di  dalam glove box.  Glove  box berada  pada  kondisi  tekanan  -0,01  mbar dengan  gas  inert  Argon.  Dilakukan evacuate selama  1 menit  dan refill selama  1  menit  secara  bergantian sebanyak 5 kali pada glove box . Baterai litium ion berbasis LTO dibuat dengan menyusun komponen baterai dengan urutan dari bawah yaitu mulai dari tutup bawah (can) , lalu lembaran  anodanya  (LTO), lalu  membran separator , lalu logam Li (Li-metal) berukuran 1x1 cm 2 yang diberikan di dalam glove  box ,  lalu  tambahkan  larutan  elektrolit. Larutan  elektrolit  yang  digunakan  terdiri  dari  2  variasi, yaitu larutan elektrolit LiTFSi dan LiPF 6 , di mana LiTFSI sebanyak  1  tetes  dan  LiPF 6 sebanyak  3  tetes.  Kemudian tutup  dengan steel  plate , spaser / wave  spring ,  dan  tutup atasnya  ( cap ).  Proses  crimping  dilakukan  pada  tekanan 1000  psi  (kg/cm 2 ).  Kemudian  dilakukan  pengukuran tegangan  baterai  dengan  menggunakan  alat  Multimeter Digital. Lalu baterai litium ion dikeluarkan dari glove box untuk selanjutnya dikarakterisasi.

## 2.4. Karakterisasi Baterai Litium-ion berbasis LTO
Karakterisasi yang dilakukan yaitu pengujian CV dan EIS.  Pengujian  CV  menggunakan  Instrumen  CV ( Automatic Battery Cycler (WBCS 3000)) untuk mengetahui pola  reaksi  oksidasi  dan  reduksi  dari  baterai  litium  ion serta  menentukan  nilai  arus  dan  tegangan  saat  terjadi proses  oksidasi  dan  reduksi  pada  baterai  litium  ion. Sedangkan  pengujian  EIS  menggunakan  Instrumen  EIS (HIOKI  3532-50)  untuk  mempelajari  sifat  elektrik (konduktif) dari sistem elektroda-elektrolit.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Sampel  dalam  penelitian  ini  terdiri  dari  8  sampel yaitu sampel A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, dan A8 (Tabel 1) dengan 5 variasi membran separator dan 2 variasi larutan elektrolit.
Tabel 1. Sampel baterai Litium-ion berbasis LTO
Sampel

## Komposisi Membran
separator Elektrolit Tebal separator (µ) PVdF HFP Filler TiO 2 Garam LiBOB % berat  % berat  % berat A1 70% 0% 30% LiTFSI 70 A2 70% 2% 28% LiTFSI 70 A3 70% 5% 25% LiTFSI 80 A4 70% 8% 22% LiTFSI 80 A5 70% 0% 30% LiPF 6 90 A6 70% 2% 28% LiPF 6 70 A7 70% 5% 25% LiPF 6 60 A8 Separator komersial LiTFSI 20

## 3.1. Pengukuran Tegangan Baterai
Hasil  pengukuran  tegangan  baterai  oleh  alat Multimeter  Digital  ditunjukkan  pada  Tabel  2.  Tegangan teoritis untuk anoda LTO dengan katoda logam Li adalah sebesar 1,55 V [10].
Tabel 2. Hasil pengukuran tegangan baterai litium-ion pada berbagai variasi membran separator
Sampel Tegangan (V) A1 3,01
A2 3,03 A3 3,33 A4 3,37 A5 2,80 A6 1,80 A7
3,06 A8 1,90
Pada sampel A6 dan A8 menghasilkan tegangan yang sesuai  dengan  tegangan  teoritisnya.  Sedangkan  pada sampel A1, A2, A3, A4, A5, dan A7 menghasilkan tegangan yang  tidak  sesuai  dengan  tegangan  teoritisnya.  Hal  ini mungkin  dikarenakan  tebal separator yang  digunakan pada sampel-sampel tersebut yang tidak setara sehingga tegangannya  tidak  sesuai  [11].  Ketebalan separator mempengaruhi  mobilitas  (pergerakan)  ion  di  dalam baterai litium ion karena dimungkinkan bahan aktif yang terkandung  dalam  lembaran  dengan  ketebalan  tertentu saja  yang  masih  dapat  terbasahi  elektrolit  sehingga terjadi  proses  elektrokimia  [11].  Ketebalan  yang  lebih besar  menyebabkan  banyak  bahan  aktif  yang  tidak berbatasan  langsung  dengan  cairan  elektrolit  sehingga menurunkan  intensitas  proses  elektrokimia  dan kapasitas baterai. Ketebalan yang terlalu kecil juga dapat membuka  peluang  terlepasnya  kontak  saat  proses charge - discharge sehingga  menurunkan  kinerja  baterai dan tegangan yang dihasilkan tidak sesuai [11].
3.2. Pengukuran Kinerja Sel Baterai dengan Cyclic Voltammetry (CV)
Prinsip  dasar  dari  voltametri  adalah  pengukuran arus sebagai fungsi dari potensial yang diterapkan ketika terjadi  polarisasi  elektroda  sehingga  sampel  baterai mengalami  reaksi  oksidasi-reduksi.  Hasil  uji  CV menunjukkan hubungan antara potensial yang diberikan
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 136 – 142
dan arus yang terukur, yang ditunjukkan pada Gambar 1 dan Gambar 2.
(a) (b)
Gambar 1. Kurva CV baterai litium-ion sampel A1 (a) dan A2, A3, A4 (b) dengan anoda LTO dan elektrolit LiTFSI
(a) (b)
Gambar 2. Kurva CV baterai litium-ion sampel A5 dan A6 (a) serta A7 dan A8 (b)
Hasil uji CV menunjukkan hubungan antara potensial yang diberikan dan arus yang terukur, yang ditunjukkan pada  Gambar  1  dan  Gambar  2.Pada  hasil  CV  didapatkan
proses charging (oksidasi) dan dis charging (reduksi) dari baterai  litium-ion  berbasis  LTO.  Pada  sampel  A1 diperoleh  pola  oksidasi,  namun  tidak  diperoleh  pola reduksi, sedangkan pada sampel A2 dan A6 diperoleh pola reduksi, namun tidak ditemukan pola oksidasi, dan pada sampel  A3,  A4,  A5,  A7,  dan  A8  ditemukan  pola  oksidasi dan pola reduksi. Tidak ditemukannya pola reduksi pada sampel  A1  dan  pola  oksidasi  pada  sampel  A2  dan  A6 kemungkinan  dikarenakan  sampel  baterai  telah mengalami short  current (konslet)  dan  sifat  penghantar dari  komposit  polimer  LiBOB  yang  kurang  baik dikarenakan tebal separator yang tidak setara juga dapat menjadi penyebab pola oksidasi dan reduksi yang kurang baik,  karena separator ini  berada  di  antara  katoda  dan anoda  di  mana  proses charging (oksidasi)  dari  katoda logam Li ke anoda LTO dan proses dis charging (reduksi) dari anoda LTO ke katoda Li-metal menjadi kurang baik juga  [11].  Ketebalan  yang  lebih  besar  menyebabkan banyak  bahan  aktif  yang  tidak  berbatasan  langsung dengan cairan elektrolit sehingga menurunkan intensitas proses elektrokimia dan kapasitas baterai [11]. Selain itu, ketebalan yang terlalu kecil juga dapat membuka peluang terlepasnya  kontak  saat  proses charge - discharge yang menghasilkan  panas  pada  tempat-tempat  tertentu sehingga  baterai  mengalami short  current dan menurunkan kinerja baterai [11].
Adanya kandungan TiO 2 pada separator meningkatkan  proses  transfer  ion  saat  interkalasi  dan deinterkalasi.  Migrasi  ion  dihasilkan  oleh  TiO 2 dengan konstanta  dielektrik  tinggi  yang  berasal  dari  sifat  dipol yang  melekat.  Berkaitan  dengan  peran  ini,  TiO 2 dapat mengurangi  agregasi  ion  dalam  medium  elektrolit  yang berasal  dari  bahan  dielektrik  dan  interaksi  kimia  antara TiO 2 dan  PVdF-HFP  sehingga  meningkatkan  proses transfer ion pada baterai [7]. Besar arus dan tegangan saat terjadi  proses  oksidasi  dan  reduksi  dapat  dilihat  pada Tabel 3 dan Tabel 4.
Tabel 3. Nilai Arus dan Tegangan dari sampel A1, A2, A3,
dan A4 berdasarkan hasil CV
Sampel Arus (mA) Tegangan (V) ΔV Oksidasi  Reduksi  Oksidasi  Reduksi A1 1,91 - 2,63 - 2,63 A2 - -0,0071 - 1,87 1,87 A3 0,00816  -0,0099 2,38 2,08 0,3 A4 0,0326  -0,0045 2,26 0,772 1,488
Secara  teoritis,  semakin  kecil  nilai  ΔV  maka reversibilitas  ionnya  akan  semakin  baik  sehingga  dari hasil  di  atas,  didapatkan  bahwa  sampel  A3  dengan komposisi TiO 2 dalam separator sebesar 5% (wt) memiliki reversibilitas  ion  yang  paling  baik  dibanding  sampel  A1 (TiO 2 0%),  sampel  A2  (TiO 2 2%),  dan  sampel  A4  (TiO 2 8%), karena memiliki ΔV terkecil sebesar 0,3 dibanding 2,63  (sampel  A1),  1,87  (sampel  A2),  dan  1,488  (sampel A4).
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 A ru s (m A ) Tegangan  (V) -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
A ru s (m A ) Tegangan  (V) A 2 A 3 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 A ru s (m A ) Tegangan  (V) A5 A6 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 A ru s (m A ) Tegangan  (V) A7 A8
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 136 – 142 140 Tabel 4. Nilai Arus dan Tegangan dari sampel A5, A6, A7, dan A8 berdasarkan hasil CV Sampel Arus (mA) Tegangan (V) ΔV Oksidasi  Reduksi  Oksidasi  Reduksi A5 1,17 -0,59 1,98 1,36 0,62 A6 - -0,04 - 1,33 1,33 A7 2,14 -1,54 1,70 1,40 0,30 A8 2,16 -0,99 1,79 1,27 0,52
Hasil arus dan tegangan di atas menunjukkan bahwa sampel  A7  dengan  komposisi  TiO 2 dalam separator sebesar  5%  (wt)  memiliki  reversibilitas  ion  yang  paling baik  dibanding  sampel  A5  (TiO 2 0%),  sampel  A6  (TiO 2 2%),  dan  sampel  A8  ( Separator komersial),  karena m emiliki ΔV terkecil sebesar 0,3 dibanding 0,62 (sampel A5); 1,33 (sampel A6); dan 0,52 (sampel A8).
Reaksi  redoks  yang  terjadi  antara  katoda  logam  Li dengan anoda Li 4 Ti 5 O 12 adalah sebagai berikut:
Katoda :  3Li+ + 3e- → 3Li E0= 3,02 V Anoda :  Li 4 Ti 5 O 12 + 3Li → Li 7 Ti 5 O 12
E0= -1,47 V
Li 4 Ti 5 O 12 + 3Li+ + 3e- → Li 7 Ti 5 O 12 E0 = 1,55 V
Berdasarkan reaksi tersebut, terlihat bahwa logam Li mengalami  reaksi  reduksi  sedangkan  anoda  LTO mengalami  reaksi  oksidasi.  Dalam  kondisi  pemakaian ( discharge ) dan pengisian ( charge ) baterai lithium bekerja menurut fenomena interkalasi dan deinterkalasi, di mana ion  lithium  melakukan  migrasi  dari  katoda  lewat elektrolit  keanoda  atau  sebaliknya  tanpa  terjadi perubahan struktur kristal dari bahan katoda dan anoda [2]. Interkalasi merupakan proses pelepasan ion lithium dari tempatnya di struktur kristal suatu bahan elektroda dan  pemasukan  ion  lithiumpada  tempat  di  struktur kristal bahan elektroda yang lain [2].
Pada  proses  pemakaian  terjadi  perubahan  energi kimia menjadi energi listrik di mana elektron dari anoda mengalir  ke  katoda  melalui  kabel  konektor  sedangkan lithium yang berada pada sistem (di dalam baterai) lepas dari anoda karena kekurangan elektron untuk berpindah menuju katoda melalui elektrolit. Pada proses pengisian terjadi  perubahan  energi listrik  menjadi  energi kimia  di mana  elektron  dari  katoda  mengalir  menuju  anoda sedangkan  ion  lithium  dalam  sistem  berpindah  dari katoda  menuju  anoda  melalui  elektrolit .  Separator yang terletak  di  antara  anoda  dan  katoda  berfungsi  untuk mencegah agar tidakterjadi hubungan singkat dan kontak antara katoda dan anoda. Pada potensial 1,55 V 3 buah ion Li + dapat  terinterkalasi  ke  dalam  struktur  spinel  LTO sehingga spinel Li 4 Ti 5 O 12 menerima 3 mol atom Li untuk membentuk Li 7 Ti 5 O 12 pada saat proses charge .
3.3. Pengukuran Konduktivitas Baterai menggunakan Electrochemical Impedance Spectrometry (EIS)
Uji  EIS  menunjukkan  sifat  elektrik  (konduktif)  dari sistem  elektroda-elektrolit  suatu  baterai.  Dari  hasil  uji yang telah dilakukan, didapatkan grafik di mana sumbu x merupakan Rs (ohm) dan sumbu y merupakan X (ohm). Dari  grafik  tersebut  dapat  diketahui  nilai  Rbahan  dan Rion  sehingga  dapat  ditentukan  resistivitas  bahan
masing-masing  baterai  litium-ion  dan  konduktivitas ditentukan melalui hambatan jenis bahan yang diperoleh dari  resistivitas  bahan.  Hasil  uji  EIS  dapat  dilihat  pada Gambar 3.
(a) (b) (c)
Gambar 3. Hasil EIS baterai litium-ion sampel A1, A2, A3, dan A4 (a); A5 dan A6 (b); A7 dan A8 (c) dengan anoda LTO dan elektrolit LiTFSI
Sampel  A1,  A3,  A5,  A6,  A7,  dan  A8  menghasilkan grafik  yang  cukup  baik,  sedangkan  sampel  A2  dan  A4 menghasilkan  grafik  yang  kurang  baik,  karena  pada sampel A2 terbentuk grafik yang kurang halus dan pada sampel  A4  terbentuk  grafik  yang  tidak  kontinu.  Hal  ini dapat dikarenakan kurang rapatnya susunan komponen- komponen  dalam  baterai  litium-ion,  sehingga  masih terdapat rongga yang menyebabkan anoda dan lembaran separator dapat bergeser atau bergoyang sehingga kinerja baterai kurang optimal dan grafik yang dihasilkan kurang baik.  Nilai  konduktivitas  yang  diperoleh  dapat  dilihat pada Tabel 5.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 100 200 300 400 500 X ( 10 2 oh m ) Rs (10 2 ohm) A1 A2 A3 A4
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 136 – 142 141
Tabel 5. Nilai Konduktivitas Baterai Litium-ion pada
berbagai sampel
Sampel
R ba h an (o h m )
x 10 3 R io n ( oh m ) x
10 4
R ( oh m ) x
10 3
t (c m ) x 10 - 3 A ( cm 2 ) ρ ( oh m .c m ) x 10 6 σ ( S. cm - 1 ) x 10 - 6 A1 1,84 1,09 9,06 7 3,14 4,064 0,246 A2 14,9 4,01 25,2 7 3,14 11,304 0,0885 A3 5,49  3,32 27,71 8 3,14 10,876 0,092 A4 4,49  1,56 11,11 8 3,14 4,361 0,229 A5 8,84 411 4,0216 9 3,14 1,403 0,713 A6 1200  3540 23,4 7 3,14  10,4966  0,095 A7 6,35 135 1,2865 6 3,14 0,673 1,486 A8 21,6  76,5  0,549 2 3,14 0,862 1,16
Menurut  teoritis,  nilai  konduktivitas  berbanding terbalik  dengan  nilai  impedansi.  Semakin  besar  nilai konduktivitas,  maka  semakin  kecil  nilai  impedansinya dan  sifat  kapasitifnya  semakin  baik  [12].  Hal  ini disebabkan karena adanya hambatan yang diberikan pada setiap  sampel,  semakin  besar  hambatan  yang  diberikan maka  nilai  konduktivitasnya  akan  semakin  kecil  dan sebaliknya semakin kecil hambatan yang diberikan maka nilai  konduktivitasnya  semakin  besar  [13].  Dari  data  di atas ditemukan nilai konduktivitas terbesar adalah pada sampel A7. Namun jika dikaitkan dengan kandungan TiO 2 pada keempat sampel tersebut, hasil yang diperoleh tidak sesuai  dengan  literatur  yang  ada.  Seharusnya  semakin banyak  kandungan  TiO 2 dalam  lembaran separator pada baterai, maka nilai konduktivitasnya semakin meningkat. Hal  ini  dikarenakan  struktur  TiO 2 yang  berupa  chanal- chanal.  Dengan  adanya  chanal-chanal  maka  ion  lithium akan  lebih  mudah  bergerak  sehingga  kerapatan  muatan dan  mobilitas  ion  lithium  semakin  tinggi,  hal  ini menyebabkan nilai konduktivitasnya juga semakin tinggi [14].
Namun  dalam  penelitian  ini,  sampel  yang didapatkan  dengan  nilai  konduktivitas  terbesar  adalah sampel  A7,  bukan  sampel  A4.  Padahal,  kandungan  TiO 2 dalam sampel A4 lebih besar dari kandungan TiO 2 dalam sampel  A7.  Hasil  yang  tidak  sesuai  dengan  literatur  ini kemungkinan  dikarenakan  tidak  cocoknya  antara  anoda LTO  dengan  lembaran separator dan  larutan  elektrolit yang digunakan, serta dapat juga karena kurang rapatnya susunan  komponen-komponen  dalam  baterai  litium- ion, sehingga masih terdapat rongga yang menyebabkan anoda  dan  lembaran separator dapat  bergeser  atau bergoyang sehingga kinerja baterai kurang baik.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa berdasarkan uji CV dan EIS, sampel baterai litium-ion A7 merupakan  sampel  baterai  yang  memiliki  reversibilitas dan sifat kapasitif yang paling baik, sehingga sampel A7 yang  menggunakan  lembaran separator dengan  TiO 2 sebesar  5%  adalah  yang  paling  mungkin  untuk diaplikasikan ke dalam baterai dengan larutan elektrolit LiPF 6 .

## 4. Kesimpulan
Adanya  kandungan  LiBOB  dan  TiO 2 pada separator dalam baterai dapat meningkatkan kinerja baterai litium ion  berbasis  LTO.  Lembaran separator buatan  dengan rasio komposisi TiO 2 :LiBOB sebesar 5:25 dengan larutan elektrolit LiPF 6 yang menghasilkan tegangan kerja, beda potensial, dan konduktivitas ionik berturut-turut sebesar 3,06  V;  0,3  V;  dan  1,486x10 -6 Scm -1 adalah  yang dimungkinkan  paling  baik  untuk  diaplikasikan  pada baterai litium ion.

## Ucapan Terimakasih
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Baterai Pusat Penelitian
Fisika (P2F)-Lembaga Ilmu
Pengetahuan  Indonesia  (LIPI)  Puspiptek  Serpong, Tangerang  Selatan.  Jurnal  ini  didanai  sebagian  oleh USAID  melalui  program  Sustainable  Higher  Education Research Alliances (SHERA).

## Daftar Pustaka
[1]  Nadia Alifia Hadiyati, Eka Maulana, Onny Setyawati, Pemodelan  dan  Analisis  Baterai  Lithium  Ion  3,  2V LiFePO4  Single  Cells, Jurnal  Mahasiswa  TEUB, 5, 6,
(2018)
[2]  Oetomo, Levin Halim, Perancangan dan implementasi  sistem charging &  monitoring  baterai lithium,  in,  Universitas  Katolik  Parahyangan, Bandung, 2017.
[3]  Indra  Gunawan,  Wahyudianingsih,  Sudaryanto, Studi  Electrochemical  Impedance  Spectroscopy  dari Lembaran  Polyvinyl  Alcohol  dengan  Penambahan LiClO4  sebagai  Bahan  Elektolit  Baterai  Li-ion, Jusami| Indonesian Journal of Materials Science, 18, 1, (2018) 9-14
http://dx.doi.org/10.17146/jsmi.2016.18.1.4173
[4]  Varvara Sharova, Arianna Moretti, Thomas Diemant, Alberto  Varzi,  R.  Jürgen  Behm,  Stefano  Passerini, Comparative  study  of  imide-based  Li  salts  as electrolyte  additives  for  Li-ion  batteries,  Journal  of Power Sources, 375, (2018) 43-52
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.11.045
[5]  Yuniar  Isna  Susanto,  Zainul  Arifin  Imam  Supardi, Pengaruh  Penambahan  Cellulosa  Acetat  pada Komposit  Polyvinilidene  Fluoride-Selulosa  Asetat Doping  Al(OH)3  sebagai separator Baterai  Lithium- Ion, Inovasi Fisika Indonesia, 8, 1, (2019)
[6]  Jinqiang Cui, Jiuqing Liu, Chunfeng He, Jie Li, Xiufeng Wu, Composite  of  polyvinylidene  fluoride – cellulose acetate  with  Al(OH)3  as  a separator for  high- performance  lithium  ion  battery,  Journal  of Membrane Science, 541, (2017) 661-667 https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.07.048
[7]  Titik  Lestariningsih, Qolby  Sabrina, Nurhalis  Majid, Penambahan  TiO 2 dalam  Pembuatan  Lembaran
Polimer Elektrolit Berpengaruh terhadap
Konduktivitas  dan  Kinerja  Baterai  Lithium,  Jurnal Material dan Energi Indonesia, 1, 1, (2017) 31-37
[8]  Etty  Marti  Wigayati,  Titik  Lestariningsih,  Achmad Subhan,  Christin  Rina  Ratri,  Ibrahim  Purawiardi, Synthesis  and  characterization  of  LiBOB  as electrolyte  for  lithium-ion  battery,  Ionics,  22,  1,
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 136 – 142
(2016) 43-50
https://doi.org/10.1007/s11581-015-1531-y
[9]  Nur Shofiana Khoironi, Optimasi Nilai Konduktivitas
Ionik Elektrolit Polimer Padat Kitosan-ZrO2 dengan
Penambahan LiClO 4 , Program Studi Fisika, Universitas Mataram, Mataram
[10] Slamet  Priyono, Mia  Aulia  Dhika, Kerista  Sebayang,
Achmad  Subhan,  Bambang  Prihandoko,  Pembuatan Anoda  Li 4 Ti 5 O 12 dan  Studi  Pengaruh  Ketebalan Elektroda  Terhadap  Performa  Elektrokimia  Baterai Ion Lithium, Jusami | Indonesian Journal of Materials Science, 17, 4, (2018) 146-152 http://dx.doi.org/10.17146/jsmi.2016.17.4.4175
[11]  Joko Triwibowo, Titik Lestariningsih Slamet Priyono, R  Ibrohim  Purawiardi,  Leni  Daulay,  Studi  Pengaruh Ketebalan  Lembar  Kathoda  LiFePO4  Pada  Performa Baterai  Sekunder  Ion  Lithium,  Jurnal  Material  dan Energi Indonesia, 5, 02, (2015) 1-7
https://doi.org/10.24198/jmei.v5i02.11158
[12] Rizka  Rahmatie  Agusta  Putri,  Chomsin  Sulistya, Didik  R  Santoso,  Analisis  Nilai  Impedansi  Listrik pada Daging Ikan Nila yang Disimpan dalam Lemari Es,  Indonesian  Journal  of  Applied  Physics,  6,  02, (2017) 117-124 https://doi.org/10.13057/ijap.v6i02.1780
[13] Bowo Eko Cahyono, Misto Misto,  Holili  Nur  Arivah, Analisa  Kualitas  Semen  Melalui  Pengukuran Konstanta  Dielektrik  dan  Resistivitas,  REM (Rekayasa  Energi  Manufaktur)  Jurnal,  2,  2,  (2018) 57-61
https://doi.org/10.21070/r.e.m.v2i2.1199
[14] Era  Sukma  Jelita  Sari,  Rahadian  Zainul,  Nitrogen Triflorida  (NF3):  Termodinamika  dan  Transpor
Elektron NF3, INA-Rxiv, (2019) https://doi.org/10.31227/osf.io/3nzrh