Jabarkan Lithium cobalt oxide (LiCoO2) dari Baterai ion litium

Baterai ini dinamakan sesuai dengan material katodanya, sedangkan anodanya berupa grafit. Kelebihannya ialah energi spesifiknya yang besar, sehingga menjadi pilihan populer untuk handphone, laptop, dan kamera digital. Kekurangannya ialah umur dan stabilitas termalnya serta daya spesifik yang relatif biasa saja.

Faktor utama yang menimbulkan batas usia baterai ialah anodanya yang tersusun atas grafit. Grafit memungkinkan perubahan solid electrolyte interface (SEI), yaitu penebalan pada anoda oleh plat litium pada saat fast charging, di atas batas C-ratingnya. Misal, sebuah sel 18650 dengan kapasitas 2.400 mAh seharusnya hanya boleh di-discharge dengan arus sebesar 2,4A. Lebih dari itu, akan mempersingkat usia baterai.

Saat ini, Li-cobalt sudah kalah populer dengan Li-manganese, lalu NMC dan NCA. Cobalt merupakan material yang tidak semelimpah logam-logam lain seperti alumunium, sehingga harga cobalt relatif mahal dibandingkan material penyusun baterai lainnya.

Lithium manganese oxide (LiMn2O4 / LMO)

LMO pertama kali dipublish di Materials Research Bulletin pada tahun 1983. Kemudian, baterai ini pertama kali dikomersialisasi sebagai material katode litium pada tahun 1996 oleh Moli Energy. Satu kelebihan menonjol dari LMO adalah hambatan dalam sel yang rendah dikarenakan strukturnya yang berupa spinel, sehingga memungkinkan fast charging dan high-current discharging. Kemudian, LMO memiliki stabilitas termal yang relatif baik dan lebih aman daripada LCO. Walau begitu, LMO memiliki energi spesifik yang lebih rendah daripada LCO (lebih rendah 1/3 kapasitas).

Aplikasi dari baterai ini pada masanya adalah pada peralatan yang membutuhkan daya cukup besar, misal instrumen medis dan kendaraan listrik. Namun, saat ini LMO murni sudah jarang digunakan. Saat ini jauh lebih sering digunakan Li-manganese yang dicampur dengan nikel atau kobalt sehingga memberikan energi spesifik yang cukup baik, tetapi juga daya spesifik yang tetap baik.

Lithium nickel manganese cobalt oxide (LiNiMnCoO2 atau NCM)

Ini adalah salah satu katode sistem baterai litium ion yang “sukses” hingga saat ini. Katodanya tersusun dari nikel, mangan, dan kobalt yang dicampur dengan perbandingan tertentu. Kunci dari kesuksesan baterai NCM ialah kombinasi nikel dan mangan. Seperti tadi disebutkan, mangan menyebabkan baterai memiliki daya spesifik yang besar tetapi energi spesifik yang biasa saja. Lalu, nikel menyebabkan sifat rapat energi yang tinggi, tetapi stabilitas rendah. Kombinasi keduanya ditambah kobalt mengakibatkan sistem baterai memiliki sifat-sifat yang diinginkan.

Salah satu perbandingan yang umum dan sukses ialah 1-1-1. 1/3 nikel, 1/3 kobalt, dan 1/3 mangan. Perbandingan lainnya yang sukses ialah 5-3-2, yaitu ½ nikel, 3/8 kobalt, dan 1/5 mangan. Semakin sedikit unsur kobalt yang digunakan, harga baterai cenderung semakin murah karena kobalt adalah logam yang paling mahal. Saat ini, NCM menjadi pilihan utama material baterai litium ion untuk mobil listrik karena rapat energinya (dan energi spesifiknya) yang sangat baik, serta daya spesifiknya yang juga baik. Saat ini, baterai NCM merupakan jenis baterai litium ion yang paling sukses dan masih berkembang di pasaran.