本发明涉及电池领域，具体涉及一种测定碱性电池阴极拌粉中碳含量的方法。
背景技术：
碱性电池亦称为碱性干电池、碱性锌锰电池、碱锰电池，是锌锰电池系列中性能最优的品种。适用于需放电量大及长时间使用。电池内阻较低，因此产生之电流较一般碳性电池更大，此类电池因不含汞，因此可随生活垃圾处理，无须刻意回收。碱性电池是成功的高容量干电池，也是具性能价格比的电池之一。碱性电池是以二氧化锰为正极，锌为负极，氢氧化钾为电解液。其特性上较碳性电池来的优异，电容量大。化学反应式为:zn+mno2+h2o→mn(oh)2+zno。碱性电池的阴极主要是有电解二氧化锰、碳素导电体、添加剂和调粉液所组成。二氧化锰作为去极剂和电极反应的活性材料，碳素导电体包括石墨、乙炔黑，作为导电体，正极添加剂是为了改善电池某方面性能，例如把硅酸钠溶液加到正极粉中，让正极干拌粉先造粒再成型，这样可以使正极储液量增加，易成型且成型后正极强度佳。其中正极配方中二氧化锰与碳的比例，即碳含量对电池的性能具有至关重要的作用。正极粉中含碳量高，导电性好，但是二氧化锰有效量减少会降低电池容量。反之，碳含量低，内阻较大，影响电量的输出，二氧化锰利用率也差。cn102832371a本发明提供了一种碱性干电池，包括正极合剂粒料、凝胶状负极和隔膜；正极合剂粒料包括电解二氧化锰粉末、第一石墨、第二石墨、有机酸锌盐、正极电解液、纯水，上述各组分的重量比为100:3.75:3.75:0.8:3.3:0.5；第一石墨为粒径范围为0-30微米且碳含量大于68％的膨胀石墨，第二石墨为粒径范围为0-25微米且碳含量大于85％的膨胀石墨。此方法无需添加其他活性元素即可获得较好的放电性能，同时还具有较佳的安全性能。它解决了现有的碱性干电池正极制备成本高的问题，但是提高安全性能的添加剂很可能是不利于电池其他性能的，本领域更期望一种简单的无需添加提高安全性能便能提高电池安全性和合格率的简单易行的阴极拌粉中碳含量的监测方法。在实际生产过程中，碳材料和二氧化锰的配比缺乏可靠的监测方法，对后期组装电池的质量合格率和稳定性不利。因此需要开发一种可靠的监测方法，测定碱性电池阴极拌粉中碳含量，适用于碱性电池阴极拌粉车间成品、半成品中碳含量的测定，实现电极粉的质量控制，提高合格率和安全性。技术实现要素：针对现有技术中存在的碱性电池阴极拌粉中碳材料和二氧化锰的配比缺乏可靠的监测方法等不足，本发明的目的之一是提供一种碱性电池阴极拌粉中碳含量的测定方法，适用于碱性电池阴极拌粉车间成品、半成品中碳含量的测定，实现电极粉的质量控制，提高合格率和安全性。为达此目的，本发明采用如下技术方案：一种测定碱性电池阴极拌粉中碳含量的方法，包括如下步骤：(1)称量待测的碱性电池阴极拌粉的干燥样品，质量记为m1，所述干燥样品中二氧化锰和碳材料的质量之和已知，记为m2；(2)将所述干燥样品于600-800℃下有氧煅烧至恒重，例如600℃、620℃、650℃、680℃、700℃、720℃、750℃、780℃或800℃等，称重，记为m3；(3)计算含碳率c％＝(m1-m3-0.0992m2)/(0.908m1)*100％。本发明所述的“包括”，意指其除所述步骤外，还可以包括其他步骤，这些其他步骤赋予所述测定方法不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。本发明600-800℃有氧煅烧，碳材料发生氧化反应：c+o2＝co2，二氧化锰发生还原反应：4mno2＝2mn2o3+o2。恒重后证明反应已完全，所以失重量m1-m3＝生成的co2质量+生成的o2质量，根据二氧化锰还原反应的化学计量比，生成的o2质量为二氧化锰的0.092倍，可以得出：c质量+0.092*mno2质量＝m1-m3，而已知c质量+mno2质量＝m2，由此组成二元一次方程组，求解得到含碳率的公式为c％＝(m1-m3-0.0992m2)/(0.908m1)*100％。本发明步骤(2)中所述“已知”包括直接已知或间接已知，间接已知为通过简单的加减乘除或现有的方法能够获得，例如可以是直接已知待测品中二氧化锰和碳材料的总含率，则，通过称量待测样的总质量，乘于总含率就等于所述干燥样品中二氧化锰和碳材料的质量之和，例如还可以是，直接已知除二氧化锰和碳材料之外的所有其他组分的含量，通过称量待测样的总质量，减去其他组分的总含量就等于所述干燥样品中二氧化锰和碳材料的质量之和。本发明对拌粉样品的干燥方法不做具体限定，例如当拌粉在成型阶段可能会含有水分，在不确定样品是否干燥的时候，可将样品在100-120℃下失水干燥，记录失水的重量，避免将其计算在高温煅烧失重中。碱性电池的碱性电池阴极拌粉阴极主要是有电解二氧化锰、碳材料，此外还含有功能性成分如添加剂、调粉液等，本发明要求这些其他组分在所述有氧煅烧区间内不发生质量变化，即使如此，本发明所述方法的适用性仍然很广，只要已知二氧化锰和碳材料的质量之和，则通过简单操作即能准确测定碱性电池阴极拌粉车间半成品中碳含量和二氧化锰含量，准确度高，重复性好，进而可以提前预测碱性电池阴极拌粉中含碳率偏高或偏低造成的质量问题和安全隐患，对保证电池的质量合格率具有重要的意义。以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。优选地，所述方法中称量用的天平为分析天平。优选地，所述干燥样品的质量为20g-30g，20g、21g、22g、23g、24g、25g、26g、27g、28g、29g或30g等。干拌粉如果取样过少，组分混合不均匀性对结果的干扰就越大。所以合适的质量期间能保证更高的准确度。优选地，步骤(2)所述有氧煅烧的温度为650-750℃。优选地，步骤(2)所述有氧煅烧的时间为2-3h，例如2h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.6h、2.7h、2.8h、2.9h或3h等。优选地，步骤(2)所述有氧煅烧在马弗炉中进行。优选地，步骤(2)所述有氧煅烧具体包括：用干燥的坩埚装载所述干燥样品后置于马弗炉中进行有氧煅烧。优选地，步骤(2)所述称重前将煅烧后的样品在干燥环境中冷却至室温。优选地，所述方法包括2次以上取样，且每次取样并重复步骤(1)-(3)的操作，取含碳率c％的平均值。根据统计学原理，多次取样取平均值增加结果的准确度和可靠性。优选地，所述取样次数为3-5次，例如3次、4次或5次。作为本发明优选的技术方案，所述的测定碱性电池阴极拌粉中碳含量的方法包括如下步骤：(1)启动分析天平，按归零键，将干燥的空坩埚放在所述分析天平的电子秤上，按去皮键，取待测的碱性电池阴极拌粉的干燥样品，放入所述空坩埚中，质量记为m1，所述干燥样品中二氧化锰和碳材料的质量之和已知，记为m2；(2)再按去皮键，取下装有样品的坩埚，放进马弗炉中于600-800℃下有氧煅烧2-3h至恒重，停止加热，样品冷却至室温，取出装有冷却样品的坩埚放在所述分析天平的电子秤上，称重，记为m3；(3)计算含碳率c％＝(m1-m3-0.0992m2)/(0.908m1)*100％；(4)再次取样3-5次，重复步骤(1)-(3)的操作，取含碳率c％的平均值。在此优选方案中，天平自始至终是同一个，减少了样品来回转移引起的质量损失，采用多次去皮使得坩埚和天平对定量过程的干扰降到最低，碳含量的准确度得以进一步优化。与现有技术方案相比，本发明至少具有如下有益效果：本发明所述方法利用一定温度下的失重反应测定碱性电池阴极拌粉中碳含量，适用性广，只要已知二氧化锰和碳材料的质量之和，则通过简单操作即能准确测定碱性电池阴极拌粉车间半成品中碳含量和二氧化锰含量，准确度高，重复性好，样品数为10次时，本发明所述方法测定碳含量结果的标准偏差在0.33％以下，所测定碳含量结果与理论值的最大相对误差在2.29％以下，且平均相对误差在2.24％以下，因此本发明方法可以提前较准确可靠地预测碱性电池阴极拌粉中含碳率偏高或偏低造成的质量问题和安全隐患，对保证电池的质量合格率具有重要的意义。具体实施方式为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。实施例1一种测定碱性电池阴极拌粉中碳含量的方法本实施例中拌粉的组成如表1所示。表1成分二氧化锰硫酸钡添加剂石墨38％koh电解液含量wt％未知2.2wt％未知1.47wt％测定步骤如下：(1)启动分析天平，按归零键，将干燥的空坩埚放在分析天平的电子秤上，按去皮键，取待测的碱性电池阴极拌粉的干燥样品，放入空坩埚中，质量记为m1，由表1计算出干燥样品中二氧化锰和石墨的质量之和m2＝m1*(1-2.2％-1.47％)；(2)再按去皮键，取下装有样品的坩埚，放进马弗炉中于750℃下有氧煅烧2h至恒重，停止加热60min，样品冷却至室温，取出装有冷却样品的坩埚放在分析天平的电子秤上，称重，记为m3；(3)计算含碳率c％＝(m1-m3-0.0992m2)/(0.908m1)*100％；(4)再次取样2次，重复步骤(1)-(3)的操作，取含碳率c％的平均值。本实施例的数据记录于表2。表2实施例2一种测定碱性电池阴极拌粉中碳含量的方法，测定步骤如下：(1)启动分析天平，按归零键，将干燥的空坩埚放在分析天平的电子秤上，按去皮键，取待测的碱性电池阴极拌粉的干燥样品，放入空坩埚中，质量记为m1，干燥样品中二氧化锰和碳材料的质量之和已知，记为m2；(2)再按去皮键，取下装有样品的坩埚，放进马弗炉中于800℃下有氧煅烧1.5h至恒重，停止加热45min，样品冷却至室温，取出装有冷却样品的坩埚放在分析天平的电子秤上，称重，记为m3；(3)计算含碳率c％＝(m1-m3-0.0992m2)/(0.908m1)*100％。(4)再次取样2次，重复步骤(1)-(3)的操作，取含碳率c％的平均值。实施例3一种测定碱性电池阴极拌粉中碳含量的方法，包括如下步骤：(1)启动分析天平，按归零键，将干燥的空坩埚放在分析天平的电子秤上，按去皮键，取待测的碱性电池阴极拌粉的干燥样品30g，放入空坩埚中，质量记为m1，干燥样品中二氧化锰和碳材料的质量之和已知，记为m2；(2)再按去皮键，取下装有样品的坩埚，放进马弗炉中于600℃下有氧煅烧3h至恒重，停止加热1.5h，样品冷却至室温，取出装有冷却样品的坩埚放在分析天平的电子秤上，称重，记为m3；(3)计算含碳率c％＝(m1-m3-0.0992m2)/(0.908m1)*100％；(4)再次取样3次，重复步骤(1)-(3)的操作，取含碳率c％的平均值。实施例4一种测定碱性电池阴极拌粉中碳含量的方法，包括如下步骤：(1)启动分析天平，按归零键，将干燥的空坩埚放在分析天平的电子秤上，按去皮键，取待测的碱性电池阴极拌粉的干燥样品20g，放入空坩埚中，质量记为m1，干燥样品中二氧化锰和碳材料的质量之和已知，记为m2；(2)再按去皮键，取下装有样品的坩埚，放进马弗炉中于700℃下有氧煅烧2.2h至恒重，停止加热1.3h，样品冷却至室温，取出装有冷却样品的坩埚放在分析天平的电子秤上，称重，记为m3；(3)计算含碳率c％＝(m1-m3-0.0992m2)/(0.908m1)*100％；(4)再次取样4次，重复步骤(1)-(3)的操作，取含碳率c％的平均值，为碱性电池阴极拌粉中的碳含量。实施例5一种测定碱性电池阴极拌粉中碳含量的方法，包括如下步骤：(1)启动分析天平，按归零键，将干燥的空坩埚放在分析天平的电子秤上，按去皮键，取待测的碱性电池阴极拌粉的干燥样品25g，放入空坩埚中，质量记为m1，干燥样品中二氧化锰和碳材料的质量之和已知，记为m2；(2)再按去皮键，取下装有样品的坩埚，放进马弗炉中于750℃下有氧煅烧1.6h至恒重，停止加热50min，样品冷却至室温，取出装有冷却样品的坩埚放在分析天平的电子秤上，称重，记为m3；(3)计算含碳率c％＝(m1-m3-0.0992m2)/(0.908m1)*100％；(4)再次取样5次，重复步骤(1)-(3)的操作，取含碳率c％的平均值，为碱性电池阴极拌粉中的碳含量。实施例6重复性试验：将各实施例中的重复次数增加为10次，每次算得的含碳率记录下来，计算标准偏差，整理于表3。表3测定方法实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5标准偏差0.33wt％0.32wt％0.35wt％0.14wt％0.27wt％由表3可知，本发明所测定碳含量结果的标准偏差在0.33％以下，证明本发明的方法具有极佳的重复性，是一种可靠的定量方法。实施例7准确性试验：将各实施例中的待测物变为同一种碳含量准确值已知的碱性电池阴极拌粉，计算10次平均值与准确值的相对误差和相对误差平均值。整理于表4。表4测定方法实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5最大相对误差2.29％1.13％1.85％0.85％1.42％平均相对误差2.24％1.12％1.82％0.84％1.40％由表4可知，本发明所测定碳含量结果与理论值的最大相对误差在2.29％以下，且平均相对误差在2.24％以下，这证明本发明所述测定方法的高准确度。申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属
技术领域：
的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。当前第1页12