Baterai Ion Lithium Tipe Silinder 18650

Proses Pembuatan Baterai Ion Lithium tipe Silinder 1865

PUI-PT Teknologi Penyimpan Energi Listrik adalah salah satu program Kemenristek Dikti yang berfokus pada proses pembuatan baterai Lithium-ion yang bertujuan untuk menguatkan pengembangan inovasi di linkungan perguruan tinggi. Dalam proses pembuatan Lithium-ion memerlukan beberapa tahap yaitu :

• Mencampurkan bahan-bahan yang akan digunakan untuk membuat lembaran katoda dan anoda menggunakan mixer. Proses mixing dilakukan selama 12 jam untuk memastikan bahan sudah tercampur secara homogen.
• Melapisi bahan hasil mixing dengan coating machine pada permukaaan current collector electrodes. Selanjutnya lembaran eletroda di press menggunakan rolling press machine yang bertujuan untuk memadatkan bahan yang sudah menempel pada permukaan current collector.
• Memotong lembaran elektroda yang sudah siap menggunakan slitting machine sesuai dengan ukurang yang diinginkan.
• Mengelas elektroda dengan menggunakan spot welding.
• Memasang alumunium tape pada katoda dan memasang nikel tape pada anoda.
• Untuk mencegah terjadinya source circuit, pada masing masing tape dilapisi dengan kapton tape
• Menggulung anoda dan katoda menggunakan semi-automatic winding machine sehingga menjadi gulungan yang biasa disebut jelly roll.
• Melakukan pengecekan ulang menggunakan source circuit tester untuk mengantisipasi terjadinya source circuit.
• Memasang jelly roll yang sudah siap ke cylinder case.
• Setelah terpasang sempurna, dilakukan penguliran dan pemasangan tape.
• Melakukan pengisian elektrolit didalam glove box.
• Menyegel tutup sel silinder
• Memasang cover pada sel silinder yang biasa disebut proses wraping.
• Baterai telah siap melalui proses selanjutnya yaitu proses formation pada machine analyzer dan machine grading.
• Mengecek internal resistance menggunakan internal resistance tester.

Cara Kerja Baterai Lithium-Ion

 Dewasa ini mulai banyak produsen-produsen mobil listrik di dunia, salah satunya pada mobil tesla. Tesla menggunakan baterai Lithium-ion. Berikut bahan-bahan kimia yang ada pada baterai tesla:

Baterai Lithium-ion pada tesla bekerja dengan konsep yang terkait dengan logam yaitu potensial elektrokimia. Potensial elektrokimia adalah kecenderungan logam untuk kehilang electron. Lithium hanya memiliki 1 elektron pada kulit terluar sehingga memiliki kecenderungan untuk melepaskannya. 

Karena itu, lithium murni merupakan logam yang sangat reaktif bahkan mampu beraksi dengan air dan udara. Bila lithium menjadi bagian dari oksida logam, lithium menjadi cukup stabil. Tetapi jika dipisahkan dari oksida logam, maka lithium akan tidak stabil dan membentuk ion lithium dan elektron.

Untuk mengasilkan listrik pada baterai harus memisahkan atom lithium dari oksida logam terlebih dahulu. Lalu setelah itu mengarahkan elektron yang hilang dari atom lithium melalui sirkuit eksternal. Dalam pembuatan baterai kita juga memerlukan elektrolit dan grafit. 

Grafit memiliki struktur berlapis, dan lapisan ini terikat longgar sehingga lithium-ion yang dipisahkan dapat disimpan pada grafit. Elektrolit antara grafit dan oksida logam bertindak sebagai pelindung yang hanya membiarkan lithium-ion saja yang melewatinya.

Ketika kita menghubungkan sumber daya pada rangkaian ini, sisi positif dari sumber daya akan menarik dan menghilangkan elektron dari atom lithium oksida logam. 

Elektron akan mengalir melalui sirkuit eksternal karena elektron tidak dapat mengalir melalui elektrolit dan mencapai lapisan grafit, sementara itu ion lithium yang bermuatan positif (+) akan tertarik ke sisi negatif (-) melewati elektrolit. Ion-ion lithium yang akan mencapai ruang lapisan grafit akan terperangkap.

Setelah semua atom litium mencapai lembaran grafit sel terisi penuh, dengan demikian ion lithium dan elektron dapat terlepas dari oksida logam. Segera  setelah sumber daya dilepaskan dan beban dihubungkan, ion lithium kembali ke keadaan stabilnya sebagai bagian dari oksida logam. Karena kecenderungan ini ion lithium bergerak melalui elektrolit dan elektron melalui beban. 

Jadi arus listrik didapatkan melalui beban. Sementara grafit tidak memiliki peran dalam reaksi kimia sel lithium-ion dan hanya menjadi media penyimpanan lithium-ion.

Apabila suhu internal sel naik, elektrolit cair akan mengering dan terjadi hubungan pendek antara anoda dan katoda. Hal ini dapat menyebabkan kebakaran atau ledakan. Untuk menghindari situasi tersebut, lapisan isolasi (separator) kemudian ditempatkan di antara elektroda. Separator ini bersifat permeabel untuk ion lithium kecil karena mikroporositasnya. Dalam sel praktiknya, grafit dan oksida logam dilapisi tembaga foil dan aluminium foil yang bertindak sebagai kolektor.

Kemudian garam organik lithium bertindak sebagai elektrolit dan dilapiskan ke lembaran pemisah. Lembaran ini dililitkan ke silinder di sekitar inti baja pusat sehingga membuatnya lebih kompak. Sel-sel lithium-ion menghasilkan banyak panas selama operasi dan mampu menciptakan suhu tinggi yang akan merusak kinerja sel.

Sistem manajemen baterai digunakan untuk mengelola suhu, status pengisian, perlindungan tegangan, dan pemantauan kesehatan sel dalam jumlah besar. Battery Management System (BMS) berfungsi untuk menyesuaikan laju aliran glikol untuk mempertahankan suhu baterai tetap optimal dan memberi perlindungan tegangan. 

Seperti contoh, selama pengisian daya, maka sel dengan kapasitas yang lebih tinggi akan dibebankan lebih banyak daripada yang lain. Untuk mengatasi hal ini, BMS menggunakan sesuatu yang disebut sel balancing. Dalam sel, semua sel diizinkan untuk mengisi dan melepaskan secara merata sehingga akan melindungi baterai dari kekurangan dan kelebihan tegangan.

Dalam kasus sel-sel Li-ion yang mati mendadak, elektron dalam aliran grafit merupakan sumber masalah utama. Elektrolit akan terdegradasi jika bersentuhan dengan elektron, namun elektron tidak pernah bersntuhan dengan elektrolit. Saat mengisi ulang sel untuk pertama kali, ion lithium bergerak melalui elektrolit. 

Dalam perjalanan ini, molekul pelarut dalam elektrolit akan menutupi ion lithium. Ketika elektrolit mencapai grafit ion lithium bersama dengan molekul pelarut, maka akan bereaksi dengan grafit dan membentuk lapisan yang disebut lapisan SEI (Solid electrolyte interphase). Lapisan SEI ini untuk mencegah kontak langsung antara elektron dan elektrolit sehingga mencegah elektrolit terdegradasi.