JP3741410B2 - Alkaline battery separator and method for producing the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルカリ電池用セパレータ及びその製造方法に関する。より具体的には、アルカリマンガン電池、水銀電池、酸化銀電池、空気電池などのアルカリ一次電池や、ニッケル−カドミウム電池、銀−亜鉛電池、銀−カドミウム電池、ニッケル−亜鉛電池、ニッケル−水素電池、充電式アルカリマンガン電池などのアルカリ二次電池に使用できるセパレータに関するものであり、特にニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池などの過充電時に酸素を発生する電池に好適に使用できるセパレータ、及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、アルカリ電池の正極と負極とを分離して短絡を防止すると共に、電解液を保持して起電反応を円滑に行うことができるように、セパレータが使用されている。このセパレータは水酸化カリウムなどからなる電解液を保持する必要があるため、耐アルカリ性に優れるポリオレフィン系繊維から構成される繊維シートが好ましい。
【0003】
しかしながら、ポリオレフィン系繊維は電解液との親和性が低く、電解液の保持性が非常に悪いため、ポリオレフィン系繊維から構成される繊維シートを様々な方法で親水化処理して、電解液の保持能を付与していた。
【0004】
この親水化処理方法の1つとして、ビニルモノマーをグラフト重合させる方法がある。例えば、平成6年特表第509208号公報には、ポリオレフィン系繊維からなる布帛にビニルモノマーをグラフト重合させたセパレータ、及びポリオレフィン系繊維からなる布帛にビニルモノマーの溶液を含浸する工程と、酸素にさらさない条件下で布帛に紫外線を照射する工程、とからなるセパレータの製造方法が開示されている。
【0005】
しかしながら、ビニルモノマーをグラフト重合させたセパレータをニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池などに使用すると、過充電時に発生する酸素によって、セパレータが劣化して短絡が発生したり、酸素による劣化物が極板に影響を及ぼし、電池の寿命を短くするおそれがあった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、電池内部で発生する酸素によって劣化しにくいアルカリ電池用セパレータを提供すること、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のアルカリ電池用セパレータは繊維シートを含むものであり、このセパレータ表面を構成する繊維の外側表面を、X線光電子分光計により測定した場合に、530.5〜531.5eV(エレクトロンボルト)に結合エネルギーのピークを有する物質が検出されるものである。この530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質は、酸素原子及び/又は酸素分子であると考えられ、過充電時等に酸素が発生したとしても、既に酸素原子及び/又は酸素分子が存在することにより、更なる酸化はほとんど進行しないと考えられるため、酸素による劣化の生じにくいセパレータである。
【0008】
なお、酸素がC=0又は0−C=0の結合状態で存在している場合には532〜533eVにピークを有するものとして検出され、また、C−Oの結合状態で存在している場合には533.5〜534.5eVにピークを有するものとして検出されるので、530.5〜531.5evにピークを有するものとして検出されるのは、上記以外の特定の結合状態で存在しているものと推定される。また、X線光電子分光計による測定は真空状態で行われるから、単に物理的な付着状態で表面に存在しているような物質は、測定時には離脱していて検出されない筈である。いずれにしても、従来の方法によってビニルモノマー又はポリマーをグラフト重合させた場合には、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質は検出されない。
【0009】
また、本発明のセパレータは、その表面を構成する繊維の外側表面と、セパレータ内部を構成する繊維の表面とを、X線マイクロアナライザーにより測定した場合に、セパレータ内部を構成する繊維の表面に、より多くのカルボキシル基が結合して存在しているものである。このように、セパレータの表面近傍において、酸化されやすいカルボキシル基が少ないため、耐酸化性に優れている。また、セパレータの内部を構成する繊維の表面にはカルボキシル基が結合して存在しているため、電解液の保持性に優れている。
【0010】
本発明のセパレータの製造方法は、グラフト重合可能なモノマー又はポリマーの付着した繊維シートを、酸素存在下でグラフト重合処理を行った後、繊維シートの周囲を非通気性フィルムで囲繞し、その状態でさらにグラフト重合処理を行う方法である。この方法のように、まず酸素の存在下でグラフト重合を行うと、モノマー又はポリマーがグラフト重合すると同時に、繊維シート表面を構成する繊維の外側表面において、酸素原子及び/又は酸素分子を吸着する反応も進行すると考えられる。次いで、繊維シートの周囲を非通気性フィルムで囲繞し、その状態でさらにグラフト重合処理を行うと、繊維シート表面を構成する繊維の外側表面における酸素原子及び/又は酸素分子を吸着する反応も進行するが、繊維シート内部を構成する繊維の表面におけるグラフト重合が進行して、繊維シートに親水性が付与されると考えられる。このように、本発明方法によれば、セパレータ表面を構成する繊維の外側表面に酸素原子及び/又は酸素分子が結合して存在すると考えられるセパレータ、つまり耐酸化性に優れるセパレータを容易に製造することができる。また、モノマー又はポリマーとしてカルボキシル基を有するものを使用すれば、セパレータ内部を構成する繊維表面により多くのカルボキシル基が存在するセパレータ、つまり耐酸化性に優れ、電解液の保持性にも優れるセパレータを容易に製造することができる。
【発明の実施の形態】
【0011】
本発明における「セパレータ表面を構成する繊維」とは、セパレータを構成する繊維の中で、その一部又は全部が仮想平面と実質的に外接することのできる繊維をいう。また、「外側表面」とは、前記セパレータ表面を構成する繊維の仮想平面との外接側の表面をいう。
【0012】
本発明においては、セパレータ表面を構成する繊維の外側表面をX線光電子分光計により測定する際には、発生する光電子の脱出角度が約30°となる条件下で測定する。これは、X線光電子分光計により、発生する光電子の脱出角度が異なる複数の条件で測定した場合に、脱出角度が最も小さい場合(つまり、最も表面に近い領域)に検出される530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質の検出量が、前記脱出角度が最も小さい場合よりも脱出角度が大きい場合(つまり、前記脱出角度が最も小さい場合よりも深い領域を含む)に検出される530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質の検出量よりも多いのが好ましいからである。
【0013】
すなわち、表面に近い領域に酸素原子及び/又は酸素分子が多く含まれていると耐酸化性に優れており、また、より深い領域においては電解液を保持できるように、酸素原子及び/又は酸素分子は少ない方が好ましいためである。例えば、光電子の脱出角度が30°となるような条件と光電子の脱出角度が90°となるような条件で測定した場合、光電子の脱出角度が30°となるような条件で検出される530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質の検出量が、光電子の脱出角度が90°となるような条件で検出される530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質の検出量よりも多いのが好ましいのである。
【0014】
本発明のセパレータはセパレータ表面を構成する繊維の外側表面と、セパレータ内部を構成する繊維の表面とをX線マイクロアナライザーにより測定した場合に、セパレータ内部を構成する繊維の表面に、より多くのカルボキシル基が存在している。このようにセパレータ表面を構成する繊維の外側表面のX線マイクロアナライザーにより測定できる領域(以下、「表面領域」という)において、酸化されやすいカルボキシル基が少ないため、耐酸化性に優れており、また、セパレータ内部を構成する繊維の表面のX線マイクロアナライザーにより測定できる領域(以下、「内部領域」という)において、カルボキシル基が多いため、電解液の保持性に優れている。また、このような状態であることによって、自己放電抑制作用に優れている傾向がある。耐酸化性に優れるように、表面領域においてはカルボキシル基が存在しないのが好ましい。
【0015】
本発明のセパレータは、例えば、織物、編物、不織布、或いはこれらの複合体などの繊維シートを含んでいる。これらの中でも構造的に電解液の保持性に優れている不織布を含んでいるのが好ましい。また、この繊維シートは短絡を防止するための適度な緻密性と発生したガスなどの通気性に優れるように、繊度0.01〜3デニールの繊維からなるのが好ましい。
【0016】
本発明の繊維シートを構成する繊維としては、例えば、ナイロン繊維、ビニロン繊維、ビニリデン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリウレタン繊維、ポリプロピレン繊維やポリエチレン繊維などのポリオレフィン系繊維、などの合成繊維を1種類以上使用することができる。これらの中でも、耐アルカリ性に優れるポリオレフィン系繊維を好適に使用できる。
【0017】
この好適なポリオレフィン系繊維は、例えば、プロピレン、エチレン、ブテン、メチルペンテンなどのモノマーの重合体、これらモノマー2種類以上の共重合体、或いはこれらモノマーとビニルアルコール、アクリル酸、メタクリル酸との共重合体(例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体など)などの樹脂成分を含んでいることができる。なお、ポリオレフィン系繊維は前記のような樹脂成分のみから構成された単一繊維であることもできるし、前記のような樹脂成分を2種類以上から構成された複合繊維であることもできる。後者の複合繊維としては繊維断面形状が、例えば、芯鞘型、サイドバイサイド型、偏芯型、海島型、オレンジ型、多重バイメタル型などのものを使用できる。
【0018】
なお、ポリオレフィン系繊維が様々な特性を有していると、様々な特性をセパレータに付与することができる。例えば、ポリオレフィン系繊維が物理的作用及び/又は化学的作用により分割可能な場合には、繊度0.01〜0.5デニールの極細繊維(好ましくは0.02〜0.3デニール)を発生できるため、電解液の保持性を向上させたり、高容量化が可能となったり、寿命を長くすることができる。なお、繊度が0.5デニールを越えるようなポリオレフィン系繊維を使用すると、適度な空隙を形成してガス透過性(例えば、酸素透過性)に優れるセパレータとすることができる。また、ポリオレフィン系繊維が熱融着性の場合には、セパレータの引張り強さや剛柔度を向上させることができるため、効率的に電池を組み立てることができる。更に、引張り強さ(JIS L 1015(化学繊維ステープル試験法)に規定する引張り強さ)が5g/デニール以上(好ましくは6g/デニール以上、より好ましくは9g/デニール以上、更に好ましくは12g/デニール以上、最も好ましくは25g/デニール以上)のポリオレフィン系繊維を使用すると、電池の極板群を製造する際に、破断したり、極板のバリがセパレータを突き抜けてショートしたり、或いは極板のエッジによって引き裂かれにくいセパレータとすることができる。なお、この引張り強さが5g/デニール以上のポリオレフィン系繊維は結晶化度が高く、グラフト反応が進行しにくい傾向があるため、セパレータを構成する繊維の40mass%以下であるのが好ましく、30mass%以下であるのがより好ましい。なお、上述のような効果を発揮するためには、セパレータを構成する繊維の5mass%以上であるのが好ましく、10mass%以上であるのがより好ましい。
【0019】
また、グラフト重合により親水性を付与する場合、ポリエチレン系樹脂はグラフト重合されやすいため、グラフト重合させる前の繊維シートを構成する繊維の総表面の60%を越える量が、ポリエチレン系樹脂からなるのが好ましい。また、繊維表面を構成する樹脂成分がエチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体などからなると、グラフト反応速度が速くなると共に、繊維自体も親水性であるため好適である。
【0020】
なお、本発明のセパレータは、その化学的酸素要求量(以下、「COD」という)が250mg・O/m2以下であるのが好ましい。このCODが250mg・O/m2を越えると、酸素による劣化が著しく、このセパレータを使用した電池は寿命の短いものとなるおそれがある。より好ましくはCODが230mg・O/m2以下であり、最も好ましくは220mg・O/m2以下である。
【0021】
CODの値は、例えば次の方法により得ることができる。
(1)酸化剤として作用する後述の過マンガン酸カリウムの20〜40%が消費されるような大きさに、セパレータを裁断する(面積Am2)。例えば、セパレータを5cm角 に裁断する(面積0.0025m2)。
(2)上記のセパレータを更に1〜2cm角程度の大きさに裁断した後、300ml(ミリリットル)のフラスコに入れる。
(3)メスシリンダーにて100ml(ミリリットル)の純水をフラスコに注入する。
(4)硫酸1容量に対して蒸留水2容量からなる硫酸水を振り混ぜながら、10ml(ミリリットル)フラスコに注入する。
(5)5mmol/l(N/40)の過マンガン酸カリウム溶液をピベットで10ml(ミリリットル)フラスコに注入して振り混ぜ、直ちに80℃の湯浴中(シェーカー付)に入れ、30分間反応させる。なお、この際に、湯浴の水面がフラスコ内の水面よりも上にくるようにして、十分に反応させる。また、30分間反応させた後に、過マンガン酸カリウムの紅色が残っていることを確認する。色が消えている場合には、セパレータの量が多過ぎることを意味しているため、セパレータの量を減らして上記(1)〜(5)の操作を繰り返す。
(6)湯浴からフラスコを取り出し、12.5mmol/l(N/40)のシュウ酸ナトリウム溶液10ml(ミリリットル)をピペットでフラスコに注入し、振り混ぜてよく反応させる。この時、過マンガン酸カリウムの紅色が消えて無色になっていることを確認する。
(7)フラスコ内の溶液を60〜80℃に保ちながら、5mmol/l(N/40)の過マンガン酸カリウム溶液で滴定する。終点は微紅色を30秒間以上保つ時とする。この時に要した過マンガン酸カリウム溶液の量a(ml)を測定する。
(8)別に、純水100ml(ミリリットル)を三角フラスコに取り、(4)〜(7)の操作を行う(空試験)。この時に要した過マンガン酸カリウム溶液の量b(ml)を測定する。
(9)以上の結果から、次式によってCODを算出する。
COD(mg・O/m2)=(a−b)×f×0.2×1/A
a:滴定に要した過マンガン酸カリウムの量(ml)
b:空試験の滴定に要した過マンガン酸カリウムの量(ml)
f:5mmol/l過マンガン酸カリウム溶液のファクター
A:セパレータの面積(m2)
【0022】
また、本発明のセパレータを使用した電池(特に、ニッケル−水素電池)の容量維持率が60%以上であるのが好ましい。容量維持率が60%未満であると、電池寿命が短かったり、電解液の保持性が悪い傾向があるためである。
【0023】
この電池の容量維持率は次の方法により得られる値をいう。
(1)電極の集電体として、発泡ニッケル基材を用いたペースト式ニッケル正極(33mm幅、182mm長)と、ペースト式水素吸蔵合金負極(メッシュメタル系合金33mm幅、247mm長)とを作成する。
(2)34mm幅、410mm長に裁断したセパレータを、(1)に記載の正極と負極との間に挟み込み、渦巻状に巻回して、SC型対応の電極群を作成する。
(3)このSC型対応の電極群を外装缶に収納し、電解液として5N−水酸化カリウム及び1N−水酸化リチウムを外装缶に注液した後、封缶して円筒型ニッケル−水素電池を作成する。
(4)(3)の円筒型ニッケル−水素電池を、0.1C放電、終止電圧1.0Vでの初期容量(A)を測定する。
(5)0.1Cで150%(容量比)充電し、65℃で5日間放置する。
(6)0.1C放電、終止電圧1.0Vでの容量(B)を測定する。
(7)以上の結果から、次式により容量維持率を算出する。
容量維持率(%)=(B/A)×100
【0024】
本発明のセパレータは、グラフト重合可能なモノマー又はポリマーの付着した繊維シートを、酸素存在下でグラフト重合処理を行った後、その繊維シートを、非通気性のフィルムで囲繞し、その状態でさらにグラフト重合処理を行うことにより製造することができる。
【0025】
このグラフト重合可能なモノマー又はポリマーの付着した繊維シート(以下、「処理前繊維シート」という)としては、例えば、織物、編物、不織布、或いはこれらの複合体などであることができる。これら処理前繊維シートは常法により容易に製造することができる。例えば、好適である不織布は次のようにして製造することができる。
【0026】
まず、前述のような繊維、好ましくはポリオレフィン系繊維を使用して、湿式法や乾式法(例えば、カード法、エアレイ法、メルトブロー法、スパンボンド法など)などによって、繊維ウエブを形成する。なお、繊維長は一般的に繊維ウエブの形成方法によって異なり、湿式法により繊維ウエブを形成する場合には、繊維長が1〜25mm程度の短繊維を使用し、カード法やエアレイ法などの乾式法により繊維ウエブを形成する場合には、繊維長が25〜110mm程度の長繊維を使用する。この繊維ウエブは一層からなる必要はなく、湿式法による繊維ウエブと乾式法による繊維ウエブを積層したり、繊維配合の異なる繊維ウエブを積層するなど、異種の繊維ウエブを積層しても良い。特に、湿式法による繊維ウエブと乾式法による繊維ウエブを積層したものは、湿式法による繊維ウエブの均一性と、乾式法による繊維ウエブの強度を兼ね備えている。
【0027】
次いで、この繊維ウエブを結合して不織布を製造することができる。この結合方法としては、例えば、(1)水流などの流体流によって絡合させる方法、(2)繊維ウエブを構成する繊維として熱融着性繊維を混合しておき、この熱融着性繊維の一部又は全部を融着させる方法、(3)バインダーによって部分的又は全面的に接着させる方法、(4)これらを併用する方法、などがある。なお、前述のように、湿式法による繊維ウエブと乾式法による繊維ウエブとを積層した場合には、湿式法による繊維ウエブと乾式法による繊維ウエブとの区別のない、実質的に一層の不織布とすることができるように、水流などの流体流によって絡合させるのが好ましい。また、物理的作用により極細繊維に分割可能な分割性繊維を含んでいる場合には、流体流によって分割性繊維の分割も同時にできるという効果を奏する。更に、熱融着性繊維を融着させると、セパレータの引張強さや剛軟度も向上させることができるため好適である。
【0028】
次いで、処理前繊維シートにグラフト重合可能なモノマー又はポリマーを付着させる。このグラフト重合可能なモノマーとしては、例えば、ビニルモノマーがあり、このビニルモノマーとして、アクリル酸、α−エチルアクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、ビニル酢酸、メタクリル酸、アンゲリカ酸、チグリン酸、アリル酢酸、α−エチルクロトン酸、ケイ皮酸、10−ウンデセン酸、オレイン酸、エライジン酸、エルカ酸、ブラシジン酸、ルメクエン酸、ソルビン酸、リノール酸、エレオステアリン酸、リノレン酸、アラキドン酸、アセチレンカルボン酸、テトロル酸、ステアロル酸、ベヘノル酸、キシメニン酸、などの不飽和モノカルボン酸、これら不飽和モノカルボン酸のエステル化物などの誘導体、マレイン酸、フマル酸、メチルマレイン酸、メチルフマル酸、グルタコン酸、イタコン酸、アリルマロン酸、テラコン酸、ムコン酸、ブチン二酸などの不飽和ジカルボン酸、これら不飽和ジカルボン酸のエステル化物などの誘導体、アコニット酸などの不飽和トリカルボン酸、この不飽和トリカルボン酸のエステル化物などの誘導体、或いはビニルピリジン、ビニルピロリドン、スチレンなどがある。このようなグラフト重合可能なモノマーは単独で、又は混合して使用することができる。なお、グラフト重合可能なモノマーとしてスチレンを含んでいる場合には、更にスルホン化するのが好ましい。
【0029】
これらのグラフト重合可能なモノマーの中でも、カルボキシル基が二重結合を有する炭素に直接結合した不飽和モノカルボン酸又は不飽和ジカルボン酸は、グラフト重合しやすいため好適に使用でき、これらの中でもアクリル酸、メタクリル酸は重合を制御しやすく、また、グラフト重合により良好な親水性を生じるので好適に使用できる。
【0030】
また、グラフト重合可能なポリマーとしては、前述のようなモノマーの重合したものを使用することができ、反応性の点からポリアクリル酸又はポリメタクリル酸を使用するのが好ましい。
【0031】
このようなグラフト重合可能なモノマー又はポリマーを処理前繊維シートに付着させる方法としては、例えば、(1)モノマー又はポリマーを含む溶液を処理前繊維シートに塗布又は散布する方法、(2)モノマー又はポリマーを含む溶液中に処理前繊維シートを浸漬する方法、などがある。なお、溶液中におけるモノマー又はポリマーの質量比率は、多過ぎると耐酸化性に劣る傾向があり、少な過ぎると電解液の保持性や自己放電抑制作用が低下する傾向があるため、5〜60mass%であるのが好ましい。
【0032】
なお、モノマー又はポリマーを含む溶液には、増感剤、界面活性剤、或いは連鎖移動剤などを混合するのが好ましい。特に、連鎖移動剤を混合すると、グラフト鎖を短くできると考えられ、未反応のホモポリマーなどの洗浄除去性に優れているため製造上好適である。また、連鎖移動剤を含むモノマー又はポリマーを含む溶液を用いて、後述のように最初に酸素存在下でグラフト重合を行うと、自己放電抑制作用に優れる傾向があるため好適である。このように自己放電抑制作用に優れていると、グラフト率を低くすることができ、その結果、耐酸化性が向上するという二次的な効果も奏する。
【0033】
この連鎖移動剤としては、例えば、イソプロピルアルコールなどのアルコール、ポリエチレングリコールなどの多官能アルコール類、マレイン酸などのジカルボン酸類などを使用できる。このような連鎖移動剤を使用し、自己放電抑制作用、耐酸化性、或いは未反応のホモポリマーの洗浄除去性を向上させる場合には、モノマー又はポリマーを含む溶液中、3mass%以上含ませるのが好ましい。上限は特に限定するものではないが、モノマー又はポリマーを含む溶液中、70mass%以下(より好ましくは50mass%以下)であるのが適当である。
【0034】
なお、処理前繊維シートに余分なモノマー又はポリマーを含有する溶液が含まれていると、重力によってモノマー又はポリマーを含有する溶液が偏在し、結果として偏在した状態でグラフト重合することになるため、余分なモノマー又はポリマーを含有する溶液を搾取するのが好ましい。つまり、処理前繊維シートに含まれるモノマー又はポリマーを含有する溶液は、処理前繊維シートの面密度100に対して、40〜250であるのが好ましく、50〜170であるのがより好ましい。この余分なモノマー又はポリマーを含有する溶液を搾取する手段としては、例えば、一対のロール間を通す方法、平板プレス間を通す方法などがある。
【0035】
モノマー又はポリマーを含有する溶液を処理前繊維シートに付着させる前に、モノマー又はポリマーを含有する溶液と処理前繊維シートとの馴染みを良くするために、紫外線照射、コロナ放電、プラズマ放電などにより処理前繊維シートの表面処理を実施するのが好ましい。
【0036】
次いで、このグラフト重合可能なモノマー又はポリマーの付着した処理前繊維シートを酸素存在下でグラフト重合を行う。このグラフト重合においては、モノマー又はポリマーがグラフト重合すると同時に、処理前繊維シート表面を構成する繊維の外側表面に、530.5〜531.5eV(エレクトロンボルト)に結合エネルギーのピークを有する物質(酸素原子及び/又は酸素分子と考えられる)が吸着される反応も進行し、そのため、セパレータの耐酸化性を向上させることができると考えられる。また、グラフト重合可能なモノマー又はポリマーとしてカルボキシル基を有するものを使用しても、処理前繊維シート表面を構成する繊維の外側表面においては、カルボキシル基はほとんど存在しないか、存在していたとしても少量であるため、セパレータの耐酸化性を向上させることができると考えている。この酸素存在下でのグラフト重合の際には、酸素が存在していれば良く、空気中で実施しても、酸素を供給しながら実施しても良いが、空気中で実施するのが製造上好適である。
【0037】
この酸素存在下でのグラフト重合方法としては、例えば、紫外線照射、遠赤外線照射、放射線照射(X線、α線、β線、γ線)、或いは熱重合などがある。これらの中でも、紫外線照射は繊維表面のみでグラフト重合させることができ、しかも光開始剤のラジカル発生時間が短く、短時間でグラフト重合できるため好適である。
【0038】
次いで、酸素存在下でグラフト重合させた繊維シートを、非通気性フィルムで囲繞し、その状態でさらにグラフト重合処理を行って親水性を付与する。繊維シートを非通気性フィルムで囲繞することによって、付着している重合可能なモノマー又は、ポリマーのさらなる蒸散を防ぐことができる。この段階の2回目の重合処理においては、酸素存在下のグラフト重合により既にグラフト重合したモノマー又はポリマーにさらにグラフト重合しやすいため、既にグラフト重合したモノマー又はポリマーに対してグラフト重合してグラフト鎖を延ばすと考えられる。したがって、グラフト重合は、処理前繊維シート内部を構成する繊維の表面において進行しやすいため、モノマー又はポリマーとしてカルボキシル基を有するものを使用した場合には、繊維シート内部を構成する繊維の表面において、多くのカルボキシル基が結合して存在することになる。繊維シート表面側の繊維に対する酸素原子及び/又は酸素分子の吸着もさらに進行すると考えられる。
【0039】
この非通気性フィルムによる囲繞状態下でのグラフト重合方法としては、例えば、紫外線照射、遠赤外線照射、放射線照射(X線、α線、β線、γ線)、或いは熱重合などがある。なお、酸素存在下におけるグラフト重合と非通気性フィルムによる囲繞状態下におけるグラフト重合とは、その他の重合条件が同じであっても異なっていても良い。
【0040】
前述のような酸素存在下におけるグラフト重合処理時間と、繊維シートの周囲を非通気性フィルムで囲繞した状態でのグラフト重合処理時間との比は、特に限定するものではないが、1:8〜5:4であるのが好ましい。1:8よりも酸素存在下におけるグラフト重合時間が短くなると、セパレータ表面を構成する繊維の外側表面における、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質の量が少なくなって耐酸化性に劣る場合があり、5:4よりも酸素存在下におけるグラフト重合時間が長くなると、次の段階でのグラフト重合が進行しにくく、電解液の保持性が低下したり、自己放電特性を抑制することが困難となり、結果として容量維持率が低下する傾向があるためで、より好ましくは、2:7〜5:4である。
【0041】
このようにしてグラフト重合させた処理前繊維シートは、多少の未反応物を含んだ状態にあるため、これらを除去するために、水、温水、湯、或いはアルコールなどによって十分に洗浄するのが好ましい。
【0042】
なお、グラフト率は特に限定するものではないが、親水性及び電解液の保持性を付与するために3%以上(好ましくは5%以上)であるのが好ましい。他方、適度な通気性を確保できるように、又耐酸化性を低下させることがないように、25%以下(好ましくは20%以下)であるのが好ましい。なお、グラフト率は1m2あたりのグラフト量をセパレータの面密度で除した値をいう。
【0043】
上記のようにして製造できる本発明のセパレータについては、界面活性剤処理、フッ素処理、放電処理などの方法によりさらに親水化して、初期の吸液性能を高めることができる。セパレータ表面を構成する繊維の外側表面に存在すると思われる酸素原子及び/又は酸素分子への影響が小さいと考えられる界面活性剤を付与するのが好ましく、より具体的には、ノニオン系界面活性剤をセパレータの質量に対して0.1〜3mass%付着させるのが好ましく、0.2〜1.5mass%付着させるのがより好ましく、0.3〜0.8mass%付着させるのが最も好ましい。
【0044】
本発明のセパレータは耐酸化性に優れているため、ニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池などの過充電時に酸素を発生する電池に好適に使用することができる。もちろん、その他のアルカリ電池、例えば、アルカリマンガン電池、水銀電池、酸化銀電池、空気電池などのアルカリ一次電池や、銀−亜鉛電池、銀−カドミウム電池、ニッケル−亜鉛電池、充電式アルカリマンガン電池などのアルカリ二次電池のセパレータとしても好適に使用することができる。
【0045】
以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、セパレータの表面を構成する繊維の外側表面と、セパレータ内部を構成する繊維の表面における、X線マイクロアナライザーによる測定は、次の手順で行った。
(1)1規定の塩酸水溶液中にセパレータを2時間浸漬する。
(2)十分に水洗した後、1規定の水酸化カリウム水溶液中に2時間浸漬して、水素をカリウムで置換する。
(3)十分に水洗した後乾燥する。
(4)エネルギー分散型X線マイクロアナライザーによりカリウムを測定する。
【0046】
【実施例】
(実施例1)
芯成分がポリプロピレンからなり、鞘成分が高密度ポリエチレン(融点:132℃)からなる、繊度1.1デニール、繊維長10mmの芯鞘型融着性繊維(繊維表面を100%高密度ポリエチレンが占める)100mass%を分散させたスラリーを、常法の湿式抄造法により繊維ウエブを形成した。次いで、この繊維ウエブを136℃で熱処理した後、線圧力10N/cmのロール間を通して、芯鞘型融着性繊維の鞘成分である高密度ポリエチレンを融着させて、不織布を形成した。
【0047】
他方、次のような配合液を調製した。
(1)アクリル酸モノマー : 25mass%
(2)ベンゾフェノン : 0.3mass%
(3)硫酸鉄 : 0.4mass%
(4)ノニオン系界面活性剤: 3mass%
(5)水 : 71.3mass%
【0048】
次いで、前述のような配合液中に前述の不織布を浸漬した後(不織布の面密度100に対して、80の配合液を含有)、不織布の両側に1個づつ配したメタルハライド水銀灯から180mw/cm2の照度で、365nm中心の紫外線を空気中で15秒間照射して、アクリル酸をグラフト重合させた。次いで、この不織布を非通気性フィルムで挟み、この不織布の両側に1個づつ配したメタルハライド水銀灯から180mW/cm2の照度で、365nm中心の紫外線を15秒間照射して、更にアクリル酸をグラフト重合させた。次いで、このグラフト重合した不織布を十分に水洗し、乾燥した後、線圧10N/cmでカレンダー処理して、面密度60.8g/m2、厚さ0.15mm、グラフト率9.8%のセパレータを製造した。
【0049】
このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度30°の条件で、X線光電子分光計により測定したところ、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質が検出された(図1参照)。また、セパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度90°の条件で、X線光電子分光計により測定したところ、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質は全く検出されなかった。
【0050】
また、このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面と、セパレータ内部を構成する繊維の表面とをX線マイクロアナライザーにより測定したところ、表面領域にはカルボキシル基が全く存在しておらず、内部領域にのみカルボキシル基が存在していた。
【0051】
(比較例1)
実施例1と同様にして形成した不織布を、実施例1と同様の配合液中に浸漬した後(不織布の面密度100に対して、80の配合液を含有)、非通気性フィルムで不織布を挟み、この不織布の両側に1個づつ配したメタルハライド水銀灯から180mW/cm2の照度で、365nm中心の紫外線を30秒間照射して、アクリル酸をグラフト重合させた。次いで、このグラフト重合した不織布を十分に水洗し、乾燥した後、線圧10N/cmでカレンダー処理して、面密度59.8g/m2、厚さ0.15mm、グラフト率10.5%のセパレータを製造した。
【0052】
このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度30°となる条件で、X線光電子分光計により測定したところ、530.5〜531.5eV(エレクトロンボルト)に結合エネルギーのピークを有する物質は全く検出されなかった(図2参照)。
【0053】
また、このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面と、セパレータ内部を構成する繊維の表面とをX線マイクロアナライザーにより測定したところ、表面領域、内部領域のいずれにも同程度のカルボキシル基が存在していた。
【0054】
(実施例2)
ポリプロピレン成分(断面形状が扇状、融点:160℃)と、高密度ポリエチレン成分(断面形状が扇状、融点:130℃)とからなる、オレンジ状断面を有する、繊度2デニール、繊維長10mmの水流により分割可能な分割性繊維(繊度0.125デニールのポリプロピレン極細繊維を8本と、繊度0.125デニールの高密度ポリエチレン極細繊維を8本とを発生可能)70mass%と、芯成分がポリプロピレンからなり、鞘成分が低密度ポリエチレン(融点:110℃)からなる、繊度2デニール、繊維長10mmの芯鞘型融着性繊維30mass%とを混合分散させたスラリーを、常法の湿式抄造法により繊維ウエブを形成した。
【0055】
次いで、この繊維ウエブを115℃で熱処理することにより、芯鞘型融着性繊維の低密度ポリエチレン成分のみを融着させた。次いで、この融着させた繊維ウエブを線径0.15mmのネット上に載置し、ノズル径0.13mm、ピッチ0.6mmのノズルプレートから圧力12.7MPaの水流を両面交互に2回づつ噴出して、分割性繊維の分割及び繊維の絡合を行った。その後、絡合させた繊維ウエブを115℃で熱処理して、芯鞘型融着性繊維の低密度ポリエチレン成分のみを再度融着させて不織布を形成した。次いで、実施例1と全く同様にグラフト重合させて、十分に水洗し、乾燥した後、線圧10N/cmでカレンダー処理して、面密度60.5g/m2、厚さ0.15mm、グラフト率10%のセパレータを製造した。
【0056】
このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度30°の条件で、X線光電子分光計により測定したところ、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質が検出された。また、セパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度90°の条件で、X線光電子分光計により測定したところ、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質は全く検出されなかった。
【0057】
また、このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面と、セパレータ内部を構成する繊維の表面とをX線マイクロアナライザーにより測定したところ、表面領域にはカルボキシル基が全く存在しておらず、内部領域にのみカルボキシル基が存在していた。
【0058】
(実施例3)
実施例2と全く同様にして、面密度35g/m2の湿式繊維ウエブを形成した。他方、実施例2の分割性繊維と繊維長が38mmであること以外は全く同じ分割性繊維70mass%と、実施例2の芯鞘型融着性繊維と繊維長が38mmであること以外は全く同じ芯鞘型融着性繊維30mass%とを混綿し、カード機により開繊して、面密度20g/m2の一方向性繊維ウエブを形成した。次いで、湿式繊維ウエブと一方向性繊維ウエブとを積層して、積層繊維ウエブを形成した。
【0059】
次いで、この積層繊維ウエブを実施例2と全く同様に、芯鞘型融着性繊維の低密度ポリエチレン成分の融着、水流による繊維の絡合及び分割性繊維の分割、芯鞘型融着性繊維の低密度ポリエチレン成分の再融着を順に実施して、実質的に一層であるように均一に短繊維と長繊維とが絡合した不織布を形成した。次いで、実施例1と全く同様にグラフト重合させ、十分に水洗し、乾燥した後、線圧10N/cmでカレンダー処理して、面密度59.2g/m2、厚さ0.15mm、グラフト率10.2%のセパレータを製造した。
【0060】
このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度30°の条件で、X線光電子分光計により測定したところ、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質が検出された。また、セパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度90°の条件で、X線光電子分光計により測定したところ、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質は全く検出されなかった。
【0061】
また、このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面と、セパレータ内部を構成する繊維の表面とをX線マイクロアナライザーにより測定したところ、表面領域にはカルボキシル基が全く存在しておらず、内部領域にのみカルボキシル基が存在していた。
【0062】
(実施例4)
次のような配合液を調製した。
(1)アクリル酸モノマー : 25mass%
(2)ベンゾフェノン : 0.3mass%
(3)硫酸鉄 : 0.4mass%
(4)ノニオン系界面活性剤 : 3mass%
(5)水 : 61.3mass%
(6)ポリエチレングリコール(重合度:400): 10mass%
【0063】
次いで、実施例1と同様に形成した不織布を前記のような配合液に浸漬したこと以外は、実施例1と全く同様にグラフト重合させ、十分に水洗し、乾燥した後、線圧10N/cmでカレンダー処理して、面密度60.3g/m2、厚さ0.15mm、グラフト率9.9%のセパレータを製造した。
【0064】
このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度30°の条件で、X線光電子分光計により測定したところ、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質が検出された。また、セパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度90°の条件で、X線光電子分光計により測定したところ、発生する光電子の脱出角度30°の条件で測定した場合よりも少ないものの、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質が検出された。
【0065】
また、このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面と、セパレータ内部を構成する繊維の表面とをX線マイクロアナライザーにより測定したところ、表面領域にはカルボキシル基が全く存在しておらず、内部領域にのみカルボキシル基が存在していた。
【0066】
(比較例2)
実施例1と同様にして形成した不織布を、実施例4と同様の配合液中に浸漬した後(不織布の面密度100に対して、80の配合液を含有)、非通気性フィルムで不織布を挟み、この不織布の両側に1個づつ配したメタルハライド水銀灯から180mW/cm2の照度で、365nm中心の紫外線を30秒間照射して、アクリル酸をグラフト重合させた。次いで、このグラフト重合した不織布を十分に水洗し、乾燥した後、線圧10N/cmでカレンダー処理して、面密度60g/m2、厚さ0.15mm、グラフト率11%のセパレータを製造した。
【0067】
このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度30°となる条件で、X線光電子分光計により測定したところ、530.5〜531.5eV(エレクトロンボルト)に結合エネルギーのピークを有する物質は全く検出されなかった。
【0068】
また、このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面と、セパレータ内部を構成する繊維の表面とをX線マイクロアナライザーにより測定したところ、表面領域、内部領域のいずれにも同程度のカルボキシル基が存在していた。
【0069】
(実施例5)
次のような配合液を調製した。
(1)アクリル酸モノマー : 25mass%
(2)ベンゾフェノン : 0.3mass%
(3)硫酸鉄 : 0.4mass%
(4)ノニオン系界面活性剤 : 3mass%
(5)水 : 51.3mass%
(6)イソプロピルアルコール: 20mass%
【0070】
次いで、実施例1と同様に形成した不織布を前記のような配合液に浸漬したこと以外は、実施例1と全く同様にグラフト重合させ、十分に水洗し、乾燥した後、線圧10N/cmでカレンダー処理して、面密度60.4g/m2、厚さ0.15mm、グラフト率9.8%のセパレータを製造した。
【0071】
このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度30°の条件で、X線光電子分光計により測定したところ、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質が検出された。また、セパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度90°の条件で、X線光電子分光計により測定したところ、発生する光電子の脱出角度30°の条件で測定した場合よりも少ないものの、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質が検出された。
【0072】
また、このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面と、セパレータ内部を構成する繊維の表面とをX線マイクロアナライザーにより測定したところ、表面領域にはカルボキシル基が全く存在しておらず、内部領域にのみカルボキシル基が存在していた。
【0073】
(実施例6)
次のような配合液を調製した。
(1)アクリル酸モノマー : 25mass%
(2)ベンゾフェノン : 0.3mass%
(3)硫酸鉄 : 0.4mass%
(4)ノニオン系界面活性剤: 3mass%
(5)水 : 61.3mass%
(6)マレイン酸 : 10mass%
【0074】
次いで、実施例1と同様に形成した不織布を前記のような配合液に浸漬したこと以外は実施例1と全く同様にグラフト重合させ、十分に水洗し、乾燥した後、線圧10N/cmでカレンダー処理して、面密度59.2g/m2、厚さ0.15mm、グラフト率9.2%のセパレータを製造した。
【0075】
このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度30°の条件で、X線光電子分光計により測定したところ、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質が検出された。また、セパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度90°の条件で、X線光電子分光計により測定したところ、発生する光電子の脱出角度30°の条件で測定した場合よりも少ないものの、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質が検出された。
【0076】
また、このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面と、セパレータ内部を構成する繊維の表面とをX線マイクロアナライザーにより測定したところ、表面領域にはカルボキシル基が全く存在しておらず、内部領域にのみカルボキシル基が存在していた。
【0077】
(実施例7)
芯成分がポリプロピレンからなり、鞘成分が高密度ポリエチレン(融点:132℃)からなる、繊度0.7デニール、繊維5mmの芯鞘型熱融着性繊維80mass%と、繊度2デニール、繊維長10mmで引張り強さ9g/デニールの高強度ポリプロピレン繊維20mass%とを分散させたスラリーから、湿式抄造法より繊維ウェブを形成した。次いで、この繊維ウェブを136℃で熱処理した後、線圧力10N/cmの(常温の)ロール間を通して、芯鞘型熱融着性繊維の鞘成分である高密度ポリエチレンを融着させて不織布を形成した。
【0078】
他方、次のような配合液を調整した。
(1)アクリル酸モノマー :30mass%
(2)ベンゾフェノン :0.1mass%
(3)硫酸鉄 :0.4mass%
(4)ノニオン系界面活性剤 :1mass%
(5)ポリエチレングリコール(重合度:400) :10mass%
(6)水 :58.5mass%
【0079】
次いで、前記不織布に前記配合液を含浸した後(不織布の面密度100に対して、80の割合で配合液を含有)、不織布の両側に1個づつ配置したメタルハライド水銀灯から180mW/cm2の照度で、365nm中心の紫外線を空気中で15秒間照射して、アクリル酸をグラフト重合させた。アクリル酸は不織布の表面層に存在する繊維にはほどんどグラフト重合されず、不織布の表面層より内側に存在する繊維にグラフト重合されていた。
【0080】
次いで、この不織布を、不織布内に空気の存在を許すように両側から不織布に圧力を加えないように非通気性フィルムで挟み、この不織布の両側に1個づつ配置したメタルハライド水銀灯から180mW/cm2の照度で、365nm中心の紫外線を空気中で15秒間照射して、前記工程でできたグラフト共重合体に更にアクリル酸を重合させた。次いで、グラフト重合した不織布を十分に水洗いし、乾燥した後、線圧10N/cmでカレンダー処理して、面密度60.8g/m2、厚さ0.15mn、グラフト率.9.8%のセパレータを製造した。
【0081】
このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度30°の条件で、X線光電子分光計により測定したところ、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質が検出された。また、セパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度90°の条件で、X線光電子分光計により測定したところ、530.5から531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質は全く検出されなかった。
【0082】
また、このセパレータの表面を構成する繊維の外側表面と、セパレータ内部を構成する繊維の表面とをX線マイクロアナライザーにより測定したところ、表面領域にはカルボキシル基が全く存在しておらず、内部領域にのみカルボキシル基が存在していた。
【0083】
(COD)
実施例1〜7及び比較例1〜2のセパレータのCODは、表1に示す通りであった。なお、CODの測定は詳細な説明中に記載した手順で行った。
【表1】
A:セパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度30°の条件で、X線光電子分光計により測定した時の、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質の検出の有無
B:セパレータの表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度90°の条件で、X線光電子分光計により測定した時の、530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質の検出の有無
C:セパレータの表面を構成する繊維の外側表面と、セパレータ内部を構成する繊維の表面とをX線マイクロアナライザーにより測定した時の、表面領域におけるカルボキシル基の有無
【0084】
(X線電子分光計による測定方法)
なお、X線光電子分光計による測定はX線光電子分光計(JPS−9010MX、日本電子社製)を用いて、次の条件にて測定した。
セパレータを純水で洗浄した後乾燥し、サンプルホルダーに固定した。次いで到達真空度10−6Pa(パスカル)の下で、励起源(X線源)としてMg−Kαを用い、印加電圧値10KV、ビーム電流10mAの条件で対象表面を測定した。
【0085】
(容量維持率)
実施例1〜7及び比較例1〜2のセパレータの容量維持率は、表1に示す通りであった。なお、容量維持率の測定は詳細な説明中に記載した手順で行った。
【0086】
(サイクル寿命試験)
実施例1〜7及び比較例1〜2のセパレータの寿命を、次のようにして測定した。まず、電極の集電体として、発泡ニッケル基材を用いたペースト式ニッケル正極(33mm、182mm長)と、ペースト式水素吸蔵合金負極(メッシュメタル系合金、33mm、247mm長)とを作成した。次いで、33mm幅、410mm長に裁断した実施例1〜6及び比較例1〜2のセパレータを、それぞれ正極と負極との間に挟み込み、渦巻き状に巻回して、SC型対応の電極群をそれぞれ作成した。この電極群を外装缶に収納し、電解液として5N−水酸化カリウム及び1N−水酸化リチウムを外装缶に注液し、封缶して円筒型ニッケル−水素電池を作成した。次いで、それぞれの円筒型ニッケル−水素電池を、0.2C、150%充電と、1C放電、終止電圧1.0V放電からなる充放電サイクルを繰り返し、放電容量が初期容量の50%となるまでの、充放電サイクル数を測定した。この結果は表1に示す通りであった。
【0087】
表1から明らかなように、本発明のセパレータを使用したニッケル−水素電池は、耐酸化性、自己放電抑制作用に優れ、長期間使用できるものであった。
【0088】
【発明の効果】
本発明のアルカリ電池用セパレータは繊維シートを含むものであり、このセパレータ表面を構成する繊維の外側表面を、X線光電子分光計により測定した場合に、530.5〜531.5eV(エレクトロンボルト)に結合エネルギーのピークを有する物質が検出されるものである。この530.5〜531.5eVに結合エネルギーのピークを有する物質は、酸素原子及び/又は酸素分子であると考えられ、過充電時等に酸素が発生したとしても、既に酸素原子及び/又は酸素分子が存在することにより、更なる酸化はほとんど進行しないと考えられるため、酸素による劣化の生じにくいセパレータである。
【0089】
さらに、本発明のセパレータは、セパレータ表面を構成する繊維の表面よりも、セパレータ内部を構成する繊維の表面に、より多くのカルボキシル基が存在しているものである。このように、セパレータの表面近傍において、酸化されやすいカルボキシル基が少ないため、耐酸化性に優れている。また、セパレータの内部を構成する繊維の表面にはカルボキシル基が存在しているため、電解液の保持性に優れている。
【0090】
本発明のセパレータ製造方法によれば、セパレータ表面を構成する繊維の外側表面に酸素原子及び/又は酸素分子が存在すると考えられるセパレータ、つまり耐酸化性に優れるセパレータを容易に製造することができ、また、セパレータ内部を構成する繊維表面により多くのカルボキシル基が存在するセパレータ、つまり耐酸化性に優れ、電解液の保持性にも優れるセパレータを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1のセパレータ表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度30°で、X線光電子分光計により測定したチャート
【図2】 比較例1のセパレータ表面を構成する繊維の外側表面を、発生する光電子の脱出角度30°で、X線光電子分光計により測定したチャート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an alkaline battery separator and a method for producing the same. More specifically, alkaline primary batteries such as alkaline manganese batteries, mercury batteries, silver oxide batteries, air batteries, nickel-cadmium batteries, silver-zinc batteries, silver-cadmium batteries, nickel-zinc batteries, nickel-hydrogen batteries. The present invention relates to a separator that can be used for an alkaline secondary battery such as a rechargeable alkaline manganese battery, and in particular, a separator that can be suitably used for a battery that generates oxygen at the time of overcharging, such as a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery, and its It relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a separator is used so that a positive electrode and a negative electrode of an alkaline battery are separated to prevent a short circuit, and an electrolysis reaction can be smoothly performed while holding an electrolytic solution. Since this separator needs to hold an electrolytic solution made of potassium hydroxide or the like, a fiber sheet composed of polyolefin fibers having excellent alkali resistance is preferable.
[0003]
However, since polyolefin fibers have low affinity with electrolytes and electrolyte retention is very poor, fiber sheets composed of polyolefin fibers can be hydrophilized in various ways to retain electrolytes. Gave the ability.
[0004]
As one of the hydrophilic treatment methods, there is a method of graft polymerization of a vinyl monomer. For example, in 1994 Special Table No. 509208, a separator in which a vinyl monomer is graft-polymerized on a fabric made of polyolefin fiber, a step of impregnating a cloth made of polyolefin fiber with a solution of vinyl monomer, and oxygen A process for producing a separator is disclosed which comprises a step of irradiating a fabric with ultraviolet light under conditions that do not expose.
[0005]
However, if a separator with graft polymerization of vinyl monomer is used in a nickel-cadmium battery or nickel-hydrogen battery, the separator deteriorates due to oxygen generated during overcharging, and a short circuit occurs, or deterioration due to oxygen is extremely high. This may affect the plate and shorten the battery life.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an alkaline battery separator that is not easily deteriorated by oxygen generated inside the battery, and to provide a manufacturing method thereof.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The separator for an alkaline battery of the present invention includes a fiber sheet. When the outer surface of the fiber constituting the separator surface is measured by an X-ray photoelectron spectrometer, 530.5 to 531.5 eV (electron bolt) In this case, a substance having a binding energy peak is detected. The substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV is considered to be an oxygen atom and / or an oxygen molecule. Even if oxygen is generated during overcharge or the like, the oxygen atom and / or oxygen is already generated. Since it is considered that further oxidation hardly proceeds due to the presence of molecules, it is a separator that is hardly deteriorated by oxygen.
[0008]
In addition, when oxygen exists in the bonded state of C = 0 or 0-C = 0, it is detected as having a peak at 532 to 533 eV, and also exists in the bonded state of C—O. Is detected as having a peak at 533.5 to 534.5 eV, and it is detected as having a peak at 530.5 to 531.5 ev in a specific binding state other than the above. It is estimated that In addition, since the measurement by the X-ray photoelectron spectrometer is performed in a vacuum state, a substance that is simply present on the surface in a physically attached state should be detached during the measurement and not be detected. In any case, when a vinyl monomer or polymer is graft-polymerized by a conventional method, a substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV is not detected.
[0009]
Further, the separator of the present invention, when measured by an X-ray microanalyzer, the outer surface of the fiber constituting the surface and the surface of the fiber constituting the inside of the separator, on the surface of the fiber constituting the inside of the separator, More carboxyl groups are present by bonding. Thus, since there are few carboxyl groups which are easy to oxidize in the surface vicinity of a separator, it is excellent in oxidation resistance. In addition, since the carboxyl group is bonded and present on the surface of the fiber constituting the inside of the separator, the retention of the electrolytic solution is excellent.
[0010]
In the method for producing a separator of the present invention, a fiber sheet to which a monomer or polymer capable of graft polymerization is attached is subjected to a graft polymerization treatment in the presence of oxygen, and then the periphery of the fiber sheet is surrounded by a non-breathable film. In this method, a graft polymerization treatment is further performed. When graft polymerization is first performed in the presence of oxygen as in this method, the monomer or polymer is graft-polymerized, and at the same time, a reaction that adsorbs oxygen atoms and / or oxygen molecules on the outer surface of the fibers constituting the fiber sheet surface. Is also expected to progress. Next, when the fiber sheet is surrounded by a non-breathable film and further graft polymerization is performed in this state, a reaction for adsorbing oxygen atoms and / or oxygen molecules on the outer surface of the fibers constituting the fiber sheet surface also proceeds. However, it is considered that the graft polymerization on the surface of the fiber constituting the inside of the fiber sheet proceeds to impart hydrophilicity to the fiber sheet. As described above, according to the method of the present invention, a separator that is considered to have oxygen atoms and / or oxygen molecules bonded to the outer surface of the fibers constituting the separator surface, that is, a separator having excellent oxidation resistance, is easily manufactured. be able to. In addition, if a monomer or polymer having a carboxyl group is used, a separator having more carboxyl groups on the fiber surface constituting the inside of the separator, that is, a separator having excellent oxidation resistance and excellent electrolyte retention. It can be manufactured easily.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0011]
The “fibers constituting the separator surface” in the present invention refers to fibers that can partly or entirely circumscribe the virtual plane among the fibers constituting the separator. Further, the “outer surface” refers to a surface that is circumscribed with a virtual plane of the fibers that constitute the separator surface.
[0012]
In this invention, when measuring the outer surface of the fiber which comprises the separator surface with a X-ray photoelectron spectrometer, it measures on the conditions from which the escape angle of the generated photoelectron becomes about 30 degrees. This is detected by the X-ray photoelectron spectrometer when the escape angle is the smallest (that is, the region closest to the surface) 530.5-when measured under a plurality of conditions with different escape angles of the generated photoelectrons. A detected amount of a substance having a binding energy peak at 531.5 eV is detected when the escape angle is larger than when the escape angle is the smallest (that is, including a region deeper than when the escape angle is the smallest). This is because it is preferably larger than the detected amount of a substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV.
[0013]
That is, when a region close to the surface contains a large number of oxygen atoms and / or oxygen molecules, the oxidation resistance is excellent, and in a deeper region, oxygen atoms and / or oxygen can be retained. This is because fewer molecules are preferable. For example, when the measurement is performed under the condition that the photoelectron escape angle is 30 ° and the photoelectron escape angle is 90 °, the photoelectron escape angle is 30 °. The detection amount of the substance having a binding energy peak at 5 to 531.5 eV is detected under the condition that the photoelectron escape angle is 90 °. The substance having the binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV is detected. It is preferable that the amount is larger than the detected amount.
[0014]
When the separator of the present invention measures the outer surface of the fiber constituting the separator surface and the surface of the fiber constituting the inside of the separator with an X-ray microanalyzer, the surface of the fiber constituting the inside of the separator has more carboxyl. A group is present. Thus, in the region that can be measured by the X-ray microanalyzer on the outer surface of the fiber constituting the separator surface (hereinafter referred to as “surface region”), since there are few carboxyl groups that are easily oxidized, the oxidation resistance is excellent. In the region that can be measured by the X-ray microanalyzer on the surface of the fiber constituting the separator interior (hereinafter referred to as “internal region”), the retention of the electrolytic solution is excellent because there are many carboxyl groups. Moreover, there exists a tendency which is excellent in the self-discharge suppression effect by being in such a state. It is preferable that no carboxyl group is present in the surface region so that the oxidation resistance is excellent.
[0015]
The separator of this invention contains fiber sheets, such as a textile fabric, a knitted fabric, a nonwoven fabric, or these composites, for example. Among these, it is preferable to include a nonwoven fabric that is structurally excellent in electrolyte retention. The fiber sheet is preferably made of fibers having a fineness of 0.01 to 3 denier so as to have an appropriate denseness for preventing a short circuit and air permeability such as generated gas.
[0016]
Examples of the fibers constituting the fiber sheet of the present invention include nylon fibers, vinylon fibers, vinylidene fibers, polyvinyl chloride fibers, polyester fibers, acrylic fibers, polyurethane fibers, polyolefin fibers such as polypropylene fibers and polyethylene fibers, and the like. One or more synthetic fibers can be used. Among these, polyolefin fibers having excellent alkali resistance can be preferably used.
[0017]
Examples of suitable polyolefin fibers include polymers of monomers such as propylene, ethylene, butene, and methylpentene, copolymers of two or more of these monomers, or copolymers of these monomers with vinyl alcohol, acrylic acid, and methacrylic acid. Resin components such as a polymer (for example, ethylene-vinyl alcohol copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer, ethylene-methacrylic acid copolymer, etc.) can be contained. The polyolefin-based fiber can be a single fiber composed only of the resin component as described above, or can be a composite fiber composed of two or more types of the resin component as described above. As the latter composite fiber, those having a fiber cross-sectional shape such as a core-sheath type, a side-by-side type, an eccentric type, a sea-island type, an orange type, and a multiple bimetal type can be used.
[0018]
In addition, when the polyolefin fiber has various characteristics, various characteristics can be imparted to the separator. For example, when a polyolefin fiber is separable by physical action and / or chemical action, ultrafine fibers (preferably 0.02-0.3 denier) having a fineness of 0.01-0.5 denier can be generated. Therefore, it is possible to improve the retention of the electrolytic solution, increase the capacity, or extend the life. Note that when a polyolefin fiber having a fineness of more than 0.5 denier is used, an appropriate void can be formed to provide a separator having excellent gas permeability (for example, oxygen permeability). In addition, when the polyolefin fiber is heat-fusible, the tensile strength and rigidity of the separator can be improved, so that the battery can be assembled efficiently. Furthermore, the tensile strength (tensile strength specified in JIS L 1015 (chemical fiber staple test method)) is 5 g / denier or more (preferably 6 g / denier or more, more preferably 9 g / denier or more, and further preferably 12 g / denier). As described above, most preferably 25 g / denier or more) polyolefin fiber is used, and when the electrode plate group of the battery is manufactured, the electrode plate breaks, the burr of the electrode plate penetrates through the separator, or the electrode plate group is short-circuited. It can be set as the separator which is hard to be torn by an edge. The polyolefin fiber having a tensile strength of 5 g / denier or higher has a high degree of crystallinity and tends not to proceed with the graft reaction. Therefore, it is preferably 40 mass% or less of the fibers constituting the separator, and 30 mass%. The following is more preferable. In addition, in order to exhibit the above effects, it is preferable that it is 5 mass% or more of the fiber which comprises a separator, and it is more preferable that it is 10 mass% or more.
[0019]
In addition, when hydrophilicity is imparted by graft polymerization, since the polyethylene resin is easily graft polymerized, the amount exceeding 60% of the total surface of the fibers constituting the fiber sheet before graft polymerization is composed of the polyethylene resin. Is preferred. In addition, when the resin component constituting the fiber surface is made of an ethylene-vinyl alcohol copolymer, an ethylene-acrylic acid copolymer, an ethylene-methacrylic acid copolymer, etc., the graft reaction rate is increased and the fiber itself is also hydrophilic. Therefore, it is preferable.
[0020]
The separator of the present invention has a chemical oxygen demand (hereinafter referred to as “COD”) of 250 mg · O / m. 2 It is preferable that: This COD is 250mg · O / m 2 If it exceeds, the deterioration due to oxygen is remarkable, and the battery using this separator may have a short life. More preferably, the COD is 230 mg · O / m 2 Or less, most preferably 220 mg · O / m 2 It is as follows.
[0021]
The value of COD can be obtained, for example, by the following method.
(1) The separator is cut to such a size that 20 to 40% of the potassium permanganate described later acting as an oxidizing agent is consumed (area Am). 2 ). For example, the separator is cut into 5 cm square (area 0.0025 m). 2 ).
(2) The above separator is further cut into a size of about 1 to 2 cm square, and then put into a 300 ml (milliliter) flask.
(3) Inject 100 ml (milliliter) of pure water into the flask with a graduated cylinder.
(4) Pour sulfuric acid water consisting of 2 volumes of distilled water against 1 volume of sulfuric acid, and pour it into a 10 ml (milliliter) flask.
(5) A 5 mmol / l (N / 40) potassium permanganate solution is poured into a 10 ml (milliliter) flask with a pipette and shaken, and immediately placed in a hot water bath (with a shaker) at 80 ° C. and allowed to react for 30 minutes. . At this time, the reaction is sufficiently performed so that the water surface of the hot water bath is above the water surface in the flask. Moreover, after making it react for 30 minutes, it confirms that the red color of potassium permanganate remains. When the color disappears, it means that the amount of the separator is too large. Therefore, the operations of (1) to (5) are repeated with the amount of the separator reduced.
(6) Remove the flask from the hot water bath and inject 10 ml (milliliter) of a 12.5 mmol / l (N / 40) sodium oxalate solution into the flask with a pipette, and shake well to react well. At this time, it is confirmed that the red color of potassium permanganate disappears and becomes colorless.
(7) Titrate with 5 mmol / l (N / 40) potassium permanganate solution while keeping the solution in the flask at 60-80 ° C. The end point is when the slight red color is kept for 30 seconds or more. The amount a (ml) of the potassium permanganate solution required at this time is measured.
(8) Separately, 100 ml (milliliter) of pure water is placed in an Erlenmeyer flask and the operations (4) to (7) are performed (blank test). The amount b (ml) of the potassium permanganate solution required at this time is measured.
(9) From the above results, COD is calculated by the following equation.
COD (mg · O / m 2) = (ab) × f × 0.2 × 1 / A
a: Amount of potassium permanganate required for titration (ml)
b: Amount of potassium permanganate required for the titration of the blank test (ml)
f: Factor of 5 mmol / l potassium permanganate solution
A: Area of separator (m2)
[0022]
Moreover, it is preferable that the capacity | capacitance maintenance factor of the battery (especially nickel-hydrogen battery) using the separator of this invention is 60% or more. This is because if the capacity retention ratio is less than 60%, the battery life tends to be short or the electrolyte retainability tends to be poor.
[0023]
The capacity retention rate of this battery is a value obtained by the following method.
(1) A paste type nickel positive electrode (33 mm width, 182 mm length) using a foamed nickel base and a paste type hydrogen storage alloy negative electrode (mesh metal alloy 33 mm width, 247 mm length) were prepared as the current collector of the electrode. To do.
(2) A separator cut to a width of 34 mm and a length of 410 mm is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode described in (1) and wound in a spiral shape to create an SC-type electrode group.
(3) The SC-type electrode group is housed in an outer can, and 5N-potassium hydroxide and 1N-lithium hydroxide are injected into the outer can as an electrolyte, and then sealed and cylindrical nickel-hydrogen battery Create
(4) The initial capacity (A) of the cylindrical nickel-hydrogen battery of (3) at 0.1 C discharge and a final voltage of 1.0 V is measured.
(5) Charge 150% (capacity ratio) at 0.1 C and leave at 65 ° C. for 5 days.
(6) The capacity (B) at 0.1 C discharge and final voltage of 1.0 V is measured.
(7) From the above results, the capacity maintenance rate is calculated by the following equation.
Capacity maintenance rate (%) = (B / A) × 100
[0024]
In the separator of the present invention, a fiber sheet to which a graft-polymerizable monomer or polymer is attached is subjected to a graft polymerization treatment in the presence of oxygen, and then the fiber sheet is surrounded by a non-breathable film. It can manufacture by performing a graft polymerization process.
[0025]
Examples of the fiber sheet to which the graft-polymerizable monomer or polymer is attached (hereinafter referred to as “fiber sheet before treatment”) include, for example, a woven fabric, a knitted fabric, a nonwoven fabric, or a composite thereof. These pre-treated fiber sheets can be easily produced by conventional methods. For example, a suitable non-woven fabric can be produced as follows.
[0026]
First, a fiber web is formed by a wet method or a dry method (for example, a card method, an air lay method, a melt blow method, a spun bond method, etc.) using fibers as described above, preferably polyolefin fibers. The fiber length generally varies depending on the method of forming the fiber web. When the fiber web is formed by a wet method, a short fiber having a fiber length of about 1 to 25 mm is used, and a dry method such as a card method or an air array method is used. When forming a fiber web by the method, a long fiber having a fiber length of about 25 to 110 mm is used. This fiber web does not need to be composed of a single layer, and different types of fiber webs such as a fiber web obtained by a wet method and a fiber web obtained by a dry method or a fiber web having a different fiber composition may be laminated. In particular, a laminate of a fiber web by a wet method and a fiber web by a dry method has both the uniformity of the fiber web by the wet method and the strength of the fiber web by the dry method.
[0027]
The fiber web can then be bonded to produce a nonwoven fabric. As this bonding method, for example, (1) a method of entanglement with a fluid flow such as a water flow, and (2) a heat-fusible fiber is mixed as a fiber constituting the fiber web, and the heat-fusible fiber is mixed. There are a method of fusing part or all, (3) a method of bonding partly or entirely with a binder, and (4) a method of using them together. In addition, as described above, when the fiber web by the wet method and the fiber web by the dry method are laminated, the fiber web by the wet method and the fiber web by the dry method are not distinguished, and substantially one layer of nonwoven fabric. In order to be able to do, it is preferable to make it intertwined by fluid flows, such as a water flow. Moreover, when the splitting fiber which can be divided | segmented into an ultrafine fiber by the physical effect | action is included, there exists an effect that the splitting of a splitting fiber can be simultaneously carried out with a fluid flow. Further, it is preferable to fuse the heat-fusible fiber because the tensile strength and bending resistance of the separator can be improved.
[0028]
Subsequently, the monomer or polymer which can be graft-polymerized is made to adhere to the fiber sheet before a process. Examples of the graft-polymerizable monomer include a vinyl monomer, and examples of the vinyl monomer include acrylic acid, α-ethylacrylic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, vinyl acetic acid, methacrylic acid, angelic acid, tiglic acid, and allylic acetic acid. , Α-ethylcrotonic acid, cinnamic acid, 10-undecenoic acid, oleic acid, elaidic acid, erucic acid, brassic acid, rumecic acid, sorbic acid, linoleic acid, eleostearic acid, linolenic acid, arachidonic acid, acetylenecarboxylic acid Acid, tetrolic acid, stearic acid, behenolic acid, xymenic acid, and other unsaturated monocarboxylic acids, derivatives of these unsaturated monocarboxylic acids such as esters, maleic acid, fumaric acid, methylmaleic acid, methylfumaric acid, glutaconic acid , Itaconic acid, allylmalonic acid, terraco Unsaturated dicarboxylic acids such as acid, muconic acid and butynedioic acid, derivatives such as esterified products of these unsaturated dicarboxylic acids, unsaturated tricarboxylic acids such as aconitic acid, derivatives such as esterified products of this unsaturated tricarboxylic acid, or Examples include vinyl pyridine, vinyl pyrrolidone, and styrene. Such graft polymerizable monomers can be used alone or in admixture. In addition, when styrene is included as a monomer that can be graft-polymerized, it is preferably further sulfonated.
[0029]
Among these graft-polymerizable monomers, unsaturated monocarboxylic acids or unsaturated dicarboxylic acids in which a carboxyl group is directly bonded to carbon having a double bond can be suitably used because they are easily graft-polymerized, and among these, acrylic acid Methacrylic acid can be suitably used because it is easy to control the polymerization, and also produces good hydrophilicity by graft polymerization.
[0030]
Moreover, as a polymer which can be graft-polymerized, what polymerized the above monomers can be used, and it is preferable to use polyacrylic acid or polymethacrylic acid from a reactive point.
[0031]
Examples of a method for attaching such a graft-polymerizable monomer or polymer to a fiber sheet before treatment include, for example, (1) a method of applying or spraying a solution containing the monomer or polymer to the fiber sheet before treatment, (2) monomer or There is a method of immersing a fiber sheet before treatment in a solution containing a polymer. If the mass ratio of the monomer or polymer in the solution is too large, the oxidation resistance tends to be inferior, and if it is too small, the retention of the electrolyte and the self-discharge suppressing action tend to decrease, so 5-60 mass%. Is preferred.
[0032]
In addition, it is preferable to mix a sensitizer, surfactant, a chain transfer agent, etc. with the solution containing a monomer or a polymer. In particular, when a chain transfer agent is mixed, it is considered that the graft chain can be shortened, and this is suitable for production since it is excellent in washing and removing properties such as unreacted homopolymer. Further, it is preferable to first perform graft polymerization in the presence of oxygen using a solution containing a monomer or polymer containing a chain transfer agent in the presence of oxygen as will be described later. Thus, when it is excellent in the self-discharge suppressing action, the graft ratio can be lowered, and as a result, there is also a secondary effect that the oxidation resistance is improved.
[0033]
Examples of the chain transfer agent include alcohols such as isopropyl alcohol, polyfunctional alcohols such as polyethylene glycol, dicarboxylic acids such as maleic acid, and the like. When such a chain transfer agent is used to improve the self-discharge suppressing action, oxidation resistance, or washing and removal of unreacted homopolymer, it is contained in a solution containing the monomer or polymer in an amount of 3 mass% or more. Is preferred. The upper limit is not particularly limited, but it is suitably 70 mass% or less (more preferably 50 mass% or less) in the solution containing the monomer or polymer.
[0034]
In addition, when a solution containing an extra monomer or polymer is included in the pre-treatment fiber sheet, the solution containing the monomer or polymer is unevenly distributed by gravity, and as a result, graft polymerization occurs in an unevenly distributed state. It is preferred to squeeze out a solution containing excess monomer or polymer. That is, the solution containing the monomer or polymer contained in the fiber sheet before treatment is preferably 40 to 250, more preferably 50 to 170, with respect to the
[0035]
Before adhering the monomer or polymer-containing solution to the fiber sheet before treatment, in order to improve the familiarity between the solution containing the monomer or polymer and the fiber sheet before treatment, treatment with ultraviolet irradiation, corona discharge, plasma discharge, etc. It is preferable to perform the surface treatment of the front fiber sheet.
[0036]
Next, the pre-treated fiber sheet to which the graft polymerizable monomer or polymer is attached is subjected to graft polymerization in the presence of oxygen. In this graft polymerization, at the same time as the monomer or polymer is graft-polymerized, a substance (oxygen) having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV (electron volts) on the outer surface of the fiber constituting the fiber sheet surface before treatment. It is considered that the reaction of adsorbing (which is considered to be atoms and / or oxygen molecules) proceeds, and therefore the oxidation resistance of the separator can be improved. Further, even if a monomer having a carboxyl group is used as a graft-polymerizable monomer or polymer, even if the carboxyl group is hardly present or present on the outer surface of the fiber constituting the fiber sheet surface before treatment, Since the amount is small, it is considered that the oxidation resistance of the separator can be improved. In the graft polymerization in the presence of oxygen, it suffices if oxygen is present, and it may be carried out in the air or while supplying oxygen. This is preferable.
[0037]
Examples of the graft polymerization method in the presence of oxygen include ultraviolet irradiation, far-infrared irradiation, radiation irradiation (X rays, α rays, β rays, γ rays), thermal polymerization, and the like. Among these, ultraviolet irradiation is preferable because it can be graft-polymerized only on the fiber surface, and the radical generation time of the photoinitiator is short and the graft polymerization can be performed in a short time.
[0038]
Next, the fiber sheet graft-polymerized in the presence of oxygen is surrounded by a non-breathable film, and in that state, further graft polymerization treatment is performed to impart hydrophilicity. Surrounding the fiber sheet with a non-breathable film can prevent further evaporation of the adhering polymerizable monomer or polymer. In the second polymerization process at this stage, the graft chain is easily grafted to the monomer or polymer already grafted by graft polymerization in the presence of oxygen. It is thought to extend. Therefore, since the graft polymerization is likely to proceed on the surface of the fiber constituting the inside of the fiber sheet before treatment, when a monomer or polymer having a carboxyl group is used, on the surface of the fiber constituting the inside of the fiber sheet, Many carboxyl groups are present by bonding. It is considered that the adsorption of oxygen atoms and / or oxygen molecules to the fibers on the fiber sheet surface side further proceeds.
[0039]
Examples of the graft polymerization method in the surrounding state using the non-breathable film include ultraviolet irradiation, far-infrared irradiation, radiation irradiation (X-rays, α-rays, β-rays, γ-rays), and thermal polymerization. It should be noted that the graft polymerization in the presence of oxygen and the graft polymerization in the surrounding state with the non-breathable film may be the same or different in other polymerization conditions.
[0040]
The ratio of the graft polymerization treatment time in the presence of oxygen as described above and the graft polymerization treatment time in a state where the periphery of the fiber sheet is surrounded by a non-breathable film is not particularly limited, but is 1: 8 to 5: 4 is preferred. When the graft polymerization time in the presence of oxygen is shorter than 1: 8, the amount of the substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV on the outer surface of the fiber constituting the separator surface is reduced, and the oxidation resistance is increased. If the graft polymerization time in the presence of oxygen is longer than 5: 4, the graft polymerization at the next stage is difficult to proceed, the electrolyte retention is reduced, and the self-discharge characteristic is suppressed. It is difficult to do this, and as a result, the capacity retention rate tends to decrease, and more preferably 2: 7 to 5: 4.
[0041]
The pre-processed fiber sheet thus graft-polymerized is in a state containing some unreacted materials. Therefore, in order to remove these, the fiber sheet should be sufficiently washed with water, hot water, hot water, alcohol or the like. preferable.
[0042]
The graft ratio is not particularly limited, but is preferably 3% or more (preferably 5% or more) in order to impart hydrophilicity and electrolyte retention. On the other hand, it is preferably 25% or less (preferably 20% or less) so that appropriate air permeability can be ensured and oxidation resistance is not lowered. The graft rate is 1m 2 The value obtained by dividing the per graft amount by the surface density of the separator.
[0043]
About the separator of this invention which can be manufactured as mentioned above, it can further hydrophilize by methods, such as surfactant processing, a fluorine processing, and a discharge process, and can improve initial liquid absorption performance. It is preferable to add a surfactant that is considered to have a small influence on oxygen atoms and / or oxygen molecules that are considered to be present on the outer surface of the fiber constituting the separator surface, and more specifically, a nonionic surfactant. Is preferably 0.1 to 3 mass%, more preferably 0.2 to 1.5 mass%, and most preferably 0.3 to 0.8 mass%.
[0044]
Since the separator of the present invention is excellent in oxidation resistance, it can be suitably used for batteries that generate oxygen during overcharge, such as nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries. Of course, other alkaline batteries, for example, alkaline primary batteries such as alkaline manganese batteries, mercury batteries, silver oxide batteries, air batteries, silver-zinc batteries, silver-cadmium batteries, nickel-zinc batteries, rechargeable alkaline manganese batteries, etc. It can also be suitably used as a separator for alkaline secondary batteries.
[0045]
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples. In addition, the measurement by the X-ray microanalyzer in the outer surface of the fiber which comprises the surface of a separator, and the surface of the fiber which comprises the inside of a separator was performed in the following procedure.
(1) The separator is immersed in a 1N aqueous hydrochloric acid solution for 2 hours.
(2) After sufficiently washing with water, it is immersed in a 1N aqueous potassium hydroxide solution for 2 hours to replace hydrogen with potassium.
(3) Wash thoroughly with water and dry.
(4) Measure potassium using an energy dispersive X-ray microanalyzer.
[0046]
【Example】
Example 1
A core-sheath fusible fiber having a fineness of 1.1 denier and a fiber length of 10 mm (100% high-density polyethylene occupies the fiber surface) is composed of polypropylene as the core component and high-density polyethylene (melting point: 132 ° C.) as the sheath component. ) A fiber web was formed from the slurry in which 100 mass% was dispersed by a conventional wet papermaking method. Next, this fiber web was heat-treated at 136 ° C., and then passed through between rolls having a linear pressure of 10 N / cm, and high-density polyethylene as a sheath component of the core-sheath fusible fiber was fused to form a nonwoven fabric.
[0047]
On the other hand, the following compounding liquid was prepared.
(1) Acrylic acid monomer: 25 mass%
(2) Benzophenone: 0.3 mass%
(3) Iron sulfate: 0.4 mass%
(4) Nonionic surfactant: 3 mass%
(5) Water: 71.3 mass%
[0048]
Next, after immersing the above-mentioned nonwoven fabric in the above-described blended liquid (containing 80 blended liquids with respect to the non-woven fabric surface density of 100), 180 mw / cm from a metal halide mercury lamp arranged on each side of the nonwoven fabric. 2 Acrylic acid was graft-polymerized by irradiating ultraviolet rays centered at 365 nm in air for 15 seconds at an illuminance of 2 nm. Next, the nonwoven fabric was sandwiched between non-breathable films, and 180 mW / cm from a metal halide mercury lamp, one on each side of the nonwoven fabric. 2 Then, ultraviolet light having a center of 365 nm was irradiated for 15 seconds at an illuminance of, and further, acrylic acid was graft polymerized. Next, the graft-polymerized nonwoven fabric was sufficiently washed with water and dried, and then calendered with a linear pressure of 10 N / cm to obtain a surface density of 60.8 g / m. 2 A separator having a thickness of 0.15 mm and a graft rate of 9.8% was manufactured.
[0049]
A substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator is measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 30 °. Was detected (see FIG. 1). Moreover, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator was measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 90 °, it has a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV. No material was detected.
[0050]
Further, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator and the surface of the fiber constituting the inside of the separator were measured by an X-ray microanalyzer, no carboxyl group was present in the surface region, and the inner region Only had a carboxyl group.
[0051]
(Comparative Example 1)
After the nonwoven fabric formed in the same manner as in Example 1 was immersed in the same blending solution as in Example 1 (containing 80 blending liquids with respect to the surface density of the nonwoven fabric of 100), the nonwoven fabric was formed with a non-breathable film. 180 mW / cm from a metal halide mercury lamp placed between the nonwoven fabric, one on each side 2 Acrylic acid was graft-polymerized by irradiating ultraviolet rays having a center of 365 nm for 30 seconds at an illuminance of 3 nm. Next, the graft-polymerized nonwoven fabric was sufficiently washed with water and dried, and then calendered with a linear pressure of 10 N / cm to obtain an area density of 59.8 g / m. 2 A separator having a thickness of 0.15 mm and a graft ratio of 10.5% was manufactured.
[0052]
The outer surface of the fiber constituting the surface of the separator was measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition that the escape angle of the generated photoelectrons was 30 °, and the binding energy was 530.5 to 531.5 eV (electron volts). The substance which has the peak of was not detected at all (refer FIG. 2).
[0053]
Moreover, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator and the surface of the fiber constituting the inside of the separator were measured with an X-ray microanalyzer, the same level of carboxyl groups existed in both the surface region and the inner region. Was.
[0054]
(Example 2)
It has an orange cross section consisting of a polypropylene component (cross-sectional shape is fan-shaped, melting point: 160 ° C.) and a high-density polyethylene component (cross-sectional shape is fan-shaped, melting point: 130 ° C.), and a water flow having a fineness of 2 denier and a fiber length of 10 mm. Splittable fiber (can produce 8 polypropylene ultrafine fibers with a fineness of 0.125 denier and 8 high density polyethylene ultrafine fibers with a fineness of 0.125 denier) 70 mass% and the core component is made of polypropylene A slurry obtained by mixing and dispersing 30 mass% of core-sheath fusible fiber having a fineness of 2 denier and a fiber length of 10 mm, which is made of low-density polyethylene (melting point: 110 ° C.), is used as a fiber by a conventional wet papermaking method. A web was formed.
[0055]
Next, this fiber web was heat-treated at 115 ° C. to fuse only the low-density polyethylene component of the core-sheath fusible fiber. Next, the fused fiber web is placed on a net having a wire diameter of 0.15 mm, and a water flow having a pressure of 12.7 MPa is alternately applied to both sides of the nozzle plate having a nozzle diameter of 0.13 mm and a pitch of 0.6 mm twice. It ejected and the division | segmentation of the splittable fiber and the fiber entanglement were performed. Thereafter, the entangled fiber web was heat treated at 115 ° C., and only the low density polyethylene component of the core-sheath fusible fiber was fused again to form a nonwoven fabric. Subsequently, the graft polymerization was carried out in exactly the same manner as in Example 1, sufficiently washed with water, dried, and calendered with a linear pressure of 10 N / cm to obtain a surface density of 60.5 g / m. 2 A separator having a thickness of 0.15 mm and a graft rate of 10% was produced.
[0056]
A substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator is measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 30 °. Was detected. Moreover, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator was measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 90 °, it has a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV. No material was detected.
[0057]
Further, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator and the surface of the fiber constituting the inside of the separator were measured by an X-ray microanalyzer, no carboxyl group was present in the surface region, and the inner region Only had a carboxyl group.
[0058]
Example 3
In the same manner as in Example 2, the surface density was 35 g / m. 2 A wet fiber web was formed. On the other hand, except that the splittable fiber of Example 2 and the fiber length are 38 mm, exactly the same splittable fiber 70 mass%, and the core-sheath type fusible fiber of Example 2 and the fiber length are 38 mm. The same core-sheath fusible fiber 30 mass% is blended and opened with a card machine, and the surface density is 20 g / m. 2 A unidirectional fiber web was formed. Next, the wet fiber web and the unidirectional fiber web were laminated to form a laminated fiber web.
[0059]
Subsequently, the laminated fiber web was fused in the same manner as in Example 2 with the fusion of the low-density polyethylene component of the core-sheath fusible fiber, the entanglement of the fibers by the water flow and the splitting of the splittable fibers, and the core-sheath fusibility. The low-density polyethylene component of the fiber was re-fused in order to form a nonwoven fabric in which short fibers and long fibers were uniformly entangled so as to be substantially one layer. Next, graft polymerization was performed in exactly the same manner as in Example 1, sufficiently washed with water, dried, and calendered with a linear pressure of 10 N / cm to obtain a surface density of 59.2 g / m 2, a thickness of 0.15 mm, and a graft ratio of 10 A 2% separator was produced.
[0060]
A substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator is measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 30 °. Was detected. Moreover, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator was measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 90 °, it has a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV. No material was detected.
[0061]
Further, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator and the surface of the fiber constituting the inside of the separator were measured by an X-ray microanalyzer, no carboxyl group was present in the surface region, and the inner region Only had a carboxyl group.
[0062]
(Example 4)
The following blending solution was prepared.
(1) Acrylic acid monomer: 25 mass%
(2) Benzophenone: 0.3 mass%
(3) Iron sulfate: 0.4 mass%
(4) Nonionic surfactant: 3 mass%
(5) Water: 61.3 mass%
(6) Polyethylene glycol (degree of polymerization: 400): 10 mass%
[0063]
Next, except that the non-woven fabric formed in the same manner as in Example 1 was immersed in the blending solution as described above, the graft polymerization was performed in the same manner as in Example 1, washed sufficiently with water, dried, and then subjected to a linear pressure of 10 N / cm. Calendered with a surface density of 60.3 g / m 2 A separator having a thickness of 0.15 mm and a graft ratio of 9.9% was manufactured.
[0064]
A substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator is measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 30 °. Was detected. In addition, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator was measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 90 °, it was measured under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 30 ° Although less, a substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV was detected.
[0065]
Further, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator and the surface of the fiber constituting the inside of the separator were measured by an X-ray microanalyzer, no carboxyl group was present in the surface region, and the inner region Only had a carboxyl group.
[0066]
(Comparative Example 2)
After the nonwoven fabric formed in the same manner as in Example 1 was immersed in the same blending solution as in Example 4 (containing 80 blending liquids with respect to the surface density of the nonwoven fabric of 100), the nonwoven fabric was formed with a non-breathable film. 180 mW / cm from a metal halide mercury lamp placed between the nonwoven fabric, one on each side 2 Acrylic acid was graft polymerized by irradiating with ultraviolet light at the center of 365 nm for 30 seconds at an illuminance of. Next, the graft-polymerized nonwoven fabric was sufficiently washed with water and dried, and then calendered with a linear pressure of 10 N / cm to obtain a surface density of 60 g / m. 2 A separator having a thickness of 0.15 mm and a graft ratio of 11% was produced.
[0067]
The outer surface of the fiber constituting the surface of the separator was measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition that the escape angle of the generated photoelectrons was 30 °, and the binding energy was 530.5 to 531.5 eV (electron volts). No substance having a peak was detected.
[0068]
Moreover, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator and the surface of the fiber constituting the inside of the separator were measured with an X-ray microanalyzer, the same level of carboxyl groups existed in both the surface region and the inner region. Was.
[0069]
(Example 5)
The following blending solution was prepared.
(1) Acrylic acid monomer: 25 mass%
(2) Benzophenone: 0.3 mass%
(3) Iron sulfate: 0.4 mass%
(4) Nonionic surfactant: 3 mass%
(5) Water: 51.3 mass%
(6) Isopropyl alcohol: 20 mass%
[0070]
Next, except that the non-woven fabric formed in the same manner as in Example 1 was immersed in the blending solution as described above, the graft polymerization was performed in the same manner as in Example 1, washed thoroughly with water, dried, and then subjected to a linear pressure of 10 N / cm. Calendered with a surface density of 60.4 g / m 2 A separator having a thickness of 0.15 mm and a graft rate of 9.8% was manufactured.
[0071]
A substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator is measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 30 °. Was detected. In addition, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator was measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 90 °, it was measured under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 30 ° Although less, a substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV was detected.
[0072]
Further, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator and the surface of the fiber constituting the inside of the separator were measured by an X-ray microanalyzer, no carboxyl group was present in the surface region, and the inner region Only had a carboxyl group.
[0073]
(Example 6)
The following blending solution was prepared.
(1) Acrylic acid monomer: 25 mass%
(2) Benzophenone: 0.3 mass%
(3) Iron sulfate: 0.4 mass%
(4) Nonionic surfactant: 3 mass%
(5) Water: 61.3 mass%
(6) Maleic acid: 10 mass%
[0074]
Subsequently, the non-woven fabric formed in the same manner as in Example 1 was graft-polymerized in exactly the same manner as in Example 1 except that it was immersed in the above-described blending solution, sufficiently washed with water, dried, and then at a linear pressure of 10 N / cm. Calendar processing, surface density 59.2g / m 2 A separator having a thickness of 0.15 mm and a graft rate of 9.2% was manufactured.
[0075]
A substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator is measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 30 °. Was detected. In addition, when the outer surface of the fiber constituting the separator surface is measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 90 °, it is measured under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 30 ° Although less, a substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV was detected.
[0076]
Further, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator and the surface of the fiber constituting the inside of the separator were measured by an X-ray microanalyzer, no carboxyl group was present in the surface region, and the inner region Only had a carboxyl group.
[0077]
(Example 7)
The core component is made of polypropylene, the sheath component is made of high-density polyethylene (melting point: 132 ° C.), the core-sheath type heat-sealable fiber 80 mass% with a fineness of 0.7 denier and the fiber of 5 mm, the fineness of 2 denier, and the fiber length of 10 mm. A fiber web was formed by a wet papermaking method from a slurry in which 20% by mass of high-strength polypropylene fiber having a tensile strength of 9 g / denier was dispersed. Next, after heat-treating this fiber web at 136 ° C., the high-density polyethylene which is the sheath component of the core-sheath type heat-fusible fiber is fused between rolls (at room temperature) having a linear pressure of 10 N / cm to form a nonwoven fabric Formed.
[0078]
On the other hand, the following compounding liquid was prepared.
(1) Acrylic acid monomer: 30 mass%
(2) Benzophenone: 0.1 mass%
(3) Iron sulfate: 0.4 mass%
(4) Nonionic surfactant: 1 mass%
(5) Polyethylene glycol (degree of polymerization: 400): 10 mass%
(6) Water: 58.5 mass%
[0079]
Next, after impregnating the non-woven fabric with the compounded liquid (containing the compounded liquid at a ratio of 80 with respect to the non-woven fabric surface density of 100), 180 mW / cm from a metal halide mercury lamp arranged on each side of the non-woven fabric. 2 Acrylic acid was graft-polymerized by irradiating ultraviolet rays centered at 365 nm in air for 15 seconds at an illuminance of 2 nm. Acrylic acid was hardly graft polymerized to the fibers present in the surface layer of the nonwoven fabric, and was graft polymerized to the fibers present inside the surface layer of the nonwoven fabric.
[0080]
Next, the nonwoven fabric was sandwiched between non-breathable films so as not to apply pressure to the nonwoven fabric from both sides so as to allow the presence of air in the nonwoven fabric, and 180 mW / cm from a metal halide mercury lamp arranged one by one on both sides of the nonwoven fabric. 2 Acrylic acid was further polymerized on the graft copolymer formed in the above-mentioned step by irradiating ultraviolet rays centered at 365 nm in air for 15 seconds at an illuminance of 5 nm. Next, the graft-polymerized nonwoven fabric is washed thoroughly with water and dried, and then calendered with a linear pressure of 10 N / cm to obtain a surface density of 60.8 g / m. 2 , Thickness 0.15 mn, graft ratio. A 9.8% separator was produced.
[0081]
A substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator is measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 30 °. Was detected. Further, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator was measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 90 °, it had a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV. No material was detected.
[0082]
Further, when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator and the surface of the fiber constituting the inside of the separator were measured by an X-ray microanalyzer, no carboxyl group was present in the surface region, and the inner region Only had a carboxyl group.
[0083]
(COD)
The CODs of the separators of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 were as shown in Table 1. The COD was measured according to the procedure described in the detailed description.
[Table 1]
A: When the outer surface of the fiber constituting the separator surface is measured by an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 30 °, a peak of binding energy is observed at 530.5 to 531.5 eV. Detection of substances
B: When the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator was measured with an X-ray photoelectron spectrometer under the condition of an escape angle of generated photoelectrons of 90 °, a peak of binding energy was observed at 530.5 to 531.5 eV. Detection of substances
C: Presence / absence of carboxyl groups in the surface region when the outer surface of the fiber constituting the surface of the separator and the surface of the fiber constituting the inside of the separator are measured with an X-ray microanalyzer
[0084]
(Measurement method by X-ray electron spectrometer)
The X-ray photoelectron spectrometer was measured using the X-ray photoelectron spectrometer (JPS-9010MX, manufactured by JEOL Ltd.) under the following conditions.
The separator was washed with pure water, dried, and fixed to the sample holder. Subsequently, under the ultimate vacuum of 10 −6 Pa (Pascal), the target surface was measured using Mg—Kα as an excitation source (X-ray source) under the conditions of an applied voltage value of 10 KV and a beam current of 10 mA.
[0085]
(Capacity maintenance rate)
The capacity retention rates of the separators of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 were as shown in Table 1. The capacity retention rate was measured according to the procedure described in the detailed description.
[0086]
(Cycle life test)
The lifetimes of the separators of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 were measured as follows. First, a paste-type nickel positive electrode (33 mm, 182 mm length) using a foamed nickel substrate and a paste-type hydrogen storage alloy negative electrode (mesh metal alloy, 33 mm, 247 mm length) were prepared as electrode current collectors. Next, the separators of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 cut to a width of 33 mm and a length of 410 mm were sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, respectively, wound in a spiral shape, and SC-type electrode groups were respectively formed. Created. This electrode group was housed in an outer can, and 5N potassium hydroxide and 1N-lithium hydroxide were poured into the outer can as an electrolytic solution and sealed to prepare a cylindrical nickel-hydrogen battery. Next, each cylindrical nickel-hydrogen battery was subjected to a charge / discharge cycle consisting of 0.2C, 150% charge, 1C discharge, and final voltage 1.0V discharge until the discharge capacity reached 50% of the initial capacity. The number of charge / discharge cycles was measured. The results are shown in Table 1.
[0087]
As is clear from Table 1, the nickel-hydrogen battery using the separator of the present invention was excellent in oxidation resistance and self-discharge suppressing action and could be used for a long time.
[0088]
【The invention's effect】
The separator for an alkaline battery of the present invention includes a fiber sheet. When the outer surface of the fiber constituting the separator surface is measured by an X-ray photoelectron spectrometer, 530.5 to 531.5 eV (electron bolt) In this case, a substance having a binding energy peak is detected. The substance having a binding energy peak at 530.5 to 531.5 eV is considered to be an oxygen atom and / or an oxygen molecule. Even if oxygen is generated during overcharge or the like, the oxygen atom and / or oxygen is already generated. Since it is considered that further oxidation hardly proceeds due to the presence of molecules, it is a separator that is hardly deteriorated by oxygen.
[0089]
Further, the separator of the present invention has more carboxyl groups on the surface of the fibers constituting the inside of the separator than on the surface of the fibers constituting the separator surface. Thus, since there are few carboxyl groups which are easy to oxidize in the surface vicinity of a separator, it is excellent in oxidation resistance. Moreover, since the carboxyl group exists in the surface of the fiber which comprises the inside of a separator, it is excellent in the retainability of electrolyte solution.
[0090]
According to the separator manufacturing method of the present invention, it is possible to easily manufacture a separator that is considered to have oxygen atoms and / or oxygen molecules on the outer surface of the fibers constituting the separator surface, that is, a separator having excellent oxidation resistance. Moreover, the separator which has many carboxyl groups on the fiber surface which comprises the inside of a separator, ie, the separator which is excellent in oxidation resistance, and is excellent also in the retainability of electrolyte solution, can be manufactured easily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a chart in which an outer surface of a fiber constituting a separator surface of Example 1 is measured by an X-ray photoelectron spectrometer at an escape angle of generated photoelectrons of 30 °.
FIG. 2 is a chart obtained by measuring the outer surface of the fiber constituting the separator surface of Comparative Example 1 with an X-ray photoelectron spectrometer at an escape angle of generated photoelectrons of 30 °.
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