具体实施方式
本发明涉及一种在含有四氟合铝酸离子的电解电容器用电解液中配合(B)(1)从苯二甲酰亚胺类、喹啉类、二肟类、硝基酚类以及含氨基芳香族羧酸类构成的组中选择的1种以上化合物而成的电解液。推测这种物质吸附于电解电容器的阴极及阳极,通过抑制在两电极的界面发生的反应,来抑制漏液。
苯二甲酰亚胺类是指苯二甲酰亚胺及其衍生物。具体而言,可以举出由式(1):
(式中,X为氢、烷基、羟基、烷氧基或烷基硫基,R1~R4分别独立地为氢、烷基或羟基)表示的化合物。
在X为烷基的情况下,可以举出碳原子数为1~4的直链状或分支状的烷基例如甲基、乙基、丙基,以及碳原子数为3~6的环烷基例如环己基。在X为烷氧基或烷基硫基的情况下,作为各自的烷基部分,可以举出在X为烷基情况下的例示。
在R1~R4为烷基的情况下,可以举出碳原子数为1~4的直链状或分支状的烷基,例如可以举出甲基、乙基、丙基。
苯二甲酰亚胺类优选为N-羟基苯二甲酰亚胺、N-(环己基硫基)苯二甲酰亚胺。
喹啉类是指喹啉及其衍生物。具体而言,可以举出由式(2):
(式中,R5~R8分别独立地为氢、烷基或羟基,R9~R11分别独立地为氢、烷基、烯基或羟基,R9~R11中相邻的任意2个也可以与它们结合的碳原子一起形成环结构。)表示的化合物。
在R5~R8为烷基的情况下,可以举出碳原子数为1~4的直链状或分支状的烷基,例如可以举出甲基、乙基、丙基。
在R9~R11为烷基的情况下,可以举出碳原子数为1~4的直链状或分支状的烷基,例如可以举出甲基、乙基、丙基。另外,在为烯基的情况下,可以举出碳原子数为2~4的直链状或分支状的烯基,例如乙烯基、丙烯基。
在R9~R11中相邻的任意2个与它们所结合的碳原子一起形成环结构的情况下,作为环结构,可以举出3~7员的碳环或杂环。碳环或杂环可以为饱和或不饱和,进而也可以用烷基、羟基等取代。作为烷基,可以举出碳原子数为1~4的直链状或分支状的烷基,例如甲基、乙基、丙基。
喹啉类优选为8-羟基喹啉、吖啶。
二肟类是指含有2个>C=NOH的化合物。二肟类可以举出乙二肟及其衍生物、苯醌二肟及其衍生物、环己二酮二肟及其衍生物。作为衍生物,可以举出用烷基、芳基(例如苯基等)、氨基等取代的衍生物。作为烷基,可以举出碳原子数为1~4的直链状或分支状的烷基,例如甲基、乙基、丙基,作为芳基,可以举出碳原子数为6~12的芳基,例如苯基。
具体而言,二肟类可以举出乙二肟、甲基乙二肟、丁二酮肟、乙基甲基乙二肟、二乙基乙二肟、二苯基乙二肟、二氨基乙二肟、1,2-苯醌二肟、1,4-苯醌二肟、1,2-环己二酮二肟或1,4-环己二酮二肟,优选为丁二酮肟。
硝基酚类是指硝基酚及其衍生物。作为衍生物,可以举出用烷基、芳基、氨基等取代的衍生物。作为烷基,可以举出碳原子数为1~4的直链状或分支状的烷基,例如甲基、乙基、丙基,作为芳基,可以举出碳原子数为6~12的芳基,例如苯基。另外,还可以举出进一步用硝基取代的衍生物。
具体而言,硝基酚类可以举出o-、m-或p-硝基苯酚、3,5-二硝基苯酚、2,4-二硝基苯酚、2,6-二硝基苯酚或2、4、6-三硝基苯酚等,优选p-硝基苯酚。
含氨基芳香族羧酸类是指含有氨基的芳香族羧酸,作为芳香族羧酸优选一元羧酸。例如可以举出含有氨基的苯甲酸及含有氨基的萘甲酸以及它们的衍生物。作为衍生物,可以举出用烷基、芳基等取代的衍生物。作为烷基,可以举出碳原子数为1~4的直链状或分支状的烷基,例如甲基、乙基、丙基,作为芳基,可以举出碳原子数为6~12的芳基,例如苯基。
具体而言,含氨基芳香族羧酸类可以举出o-、m-或p-氨基苯甲酸、3-氨基-2-萘甲酸或6-氨基-2-萘甲酸等,优选p-氨基苯甲酸。
苯二甲酰亚胺类、喹啉类、二肟类、硝基酚以及含氨基芳香族羧酸类可以分别单独使用,也可以并用2种以上。
从苯二甲酰亚胺类、喹啉类、二肟类、硝基酚以及含氨基芳香族羧酸类构成的组中选择的1种以上的化合物的含量优选在电解液的总重量中为0.1~5重量%。含量如果在该范围内,则对于从阴极及阳极的漏液可以获得充分的抑制效果。含量更优选为0.2~4重量%,进而优选为0.4~3重量%。
另外,本发明还涉及一种在含有四氟合铝酸离子的电解电容器用电解液中配合有(B)(2)从铝配位化合物、硼酸酯以及硅酸酯构成的组中选择的1种以上的化合物而成的电解液。
作为铝配位化合物,例如可以举出铝的乙酰丙酮配位化合物、8-羟基喹啉配位化合物、乙酰乙酸乙酯配位化合物、草酸根配位化合物、双(乙酰乙酸乙酯)(乙酰丙酮化物)。优选乙酰丙酮配位化合物、8-羟基喹啉配位化合物。
作为硼酸酯,可以举出硼酸的烷基酯。例如可以举出碳原子数为1~6的低级烷基酯,具体而言,可以举出硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、硼酸三异丙酯、硼酸三正丁酯、硼酸三叔丁酯、硼酸三正戊酯等。优选为硼酸三异丙酯、硼酸三正戊酯。
硅酸酯例如可以举出硅酸的烷基酯,例如可以举出碳原子数为1~6的低级烷基酯,具体而言,可以举出原硅酸四甲酯、原硅酸四乙酯、原硅酸四正丙酯、原硅酸四正丁酯等。优选为原硅酸四乙酯。
铝配位化合物、硼酸酯以及硅酸酯可以分别单独使用,也可以并用2种以上。
从铝配位化合物、硼酸酯及硅酸酯构成的组中选择的1种以上的化合物的含量,在电解液的总重量中优选为0.1~5重量%。含量如果在该范围内,则相对从阴极及阳极的漏液可以获得充分的抑制效果。含量更优选为0.2~4重量%,进而优选为0.4~3重量%。
另外,本发明还涉及一种在含有四氟合铝酸离子的电解电容器用电解液中配合有(B)(3)从单环醌化合物以及二环醌化合物构成的组中选择的1种以上而成的电解液。
单环醌化合物及二环醌化合物是指能够发生将单环芳香族化合物及二环芳香族化合物的2个CH原子团变为CO原子团进而使双键为醌型结构所必需的变动的化合物及其衍生物。
作为单环醌化合物,例如可以举出苯醌及其衍生物,具体而言,可以举出无取代或者用烷基、芳基、烷氧基、羟基、酰基、酰氧基、羧基或无取代或者取代氨基等取代的1,2-苯醌以及1,4-苯醌。
作为二环醌化合物,例如可以举出萘醌及其衍生物,具体而言,可以举出无取代或者用烷基、芳基、烷氧基、羟基、酰基、酰氧基、羧基或无取代或者取代氨基等取代的1,4-萘醌以及1,2-萘醌。另外,例如还可以举出联苯酚合苯醌及其衍生物,具体而言,可以举出无取代或者用烷基、芳基、烷氧基、羟基、酰基、酰氧基、羧基或无取代或者取代氨基等取代的联苯酚合苯醌。
作为苯醌及其衍生物,可以举出由下述式(I):
(式中,R1~R4分别独立地为氢、烷基、芳基、烷氧基、羟基、酰基、酰氧基、羧基或无取代或者取代氨基)表示的化合物。
另外,萘醌或其衍生物由下述式(II)
(式中,R5~R10分别独立地为氢、烷基、芳基、烷氧基、羟基、酰基、酰氧基、羧基或无取代或者取代氨基)表示的化合物。
作为烷基,例如可以举出碳原子数为1~8的直链状或分支状的烷基、以及碳原子数为6~8的环烷基,优选为甲基、乙基、叔丁基、环己基。作为芳基,例如可以举出碳原子数为6~10的芳基,优选为苯基。
作为烷氧基,可以举出基团RO-的R例如与在上述中例示的烷基相当的烷氧基,优选为甲氧基、乙氧基。酰基可以为脂肪族酰基或芳香族酰基的任意。作为脂肪族酰基,可以举出基团RCO-的R例如与在上述中例示的烷基相当的脂肪族酰基,例如乙酰基。作为芳香族酰基,可以举出基团RCO-的R与在上述中例示的芳基相当的芳香族酰基,例如苯甲酰基。酰氧基可以为脂肪族酰氧基或芳香族酰氧基的任意。作为脂肪族酰氧基,可以举出基团RCOO-的R例如与在上述中例示的烷基相当的脂肪族酰氧基,例如乙酰氧基。作为芳香族酰氧基,可以举出基团RCOO-的R与在上述中例示的芳基相当的芳香族酰氧基,例如苯酰氧基。取代氨基可以为单取代氨基或二取代氨基的任意,作为取代基,例如可以举出在上述中例示的烷基。
作为具有取代基的单环醌化合物及二环醌化合物,例如可以举出2-甲基-1,4-苯醌、2,3-二甲基-1,4-苯醌、2,5-二甲基-1,4-苯醌、2,6-二甲基-1,4-苯醌、2-叔丁基-1,4-苯醌、2,5-二叔丁基-1,4-苯醌、2-苯基-1,4-苯醌、2,5-二苯基-1,4-苯醌、四甲基-1,4-苯醌、2-甲基-1,4-萘醌、2,3-二甲基-1,4-萘醌、2,3,5-三甲基萘醌、2-羟基-1,4-萘醌、2-甲氧基-1,4-萘醌、2-氨基-1,4-萘醌等。
从向电解液中的溶解性等操作容易程度的观点出发,优选苯醌及其衍生物、萘醌及其衍生物,特别是从漏液抑制效果的观点出发,优选1,4-萘醌及其衍生物,例如1,4-萘醌、2-甲基-1,4-萘醌。
关于从单环醌化合物及二环醌化合物构成的组中选择的1种以上的含量,在电解液的总重量中优选为0.1~5重量%。含量如果在该范围内,则相对从阴极及阳极的漏液可以获得充分的抑制效果。含量更优选为0.2~3重量%,进而优选为0.5~2重量%。
另外,本发明还涉及一种在含有四氟合铝酸离子的电解电容器用电解液中配合有(B)(4)三环以上的醌化合物而成的电解液。在此,三环以上的醌化合物优选为三环~五环的醌化合物,更优选为三环的醌化合物。三环以上的醌化合物是指能够发生将三环以上的芳香族化合物的2个CH原子团变为CO原子团进而使双键为醌型结构所必需的变动的化合物及其衍生物。
作为三环以上的醌化合物,可以举出蒽醌、1,2-二氢化蒽醌、1,4-二氢化蒽醌、1,2,3,4-四氢化蒽醌、1,4,4a,9a-四氢化蒽醌、9,10-菲醌、5,12-丁省醌、1,2-苯并蒽醌及苊醌以及它们的衍生物。
作为衍生物,可以举出利用例如烷基、烯基、芳基、烷氧基、羟基、酰基、酰氧基、羧基、烷氧羰基、芳氧基或无取代或者取代氨基对在上述中例示的任意化合物进行取代而成的化合物。
作为烷基,例如可以举出碳原子数为1~8的直链状或分支状的烷基以及碳原子数为5~8的环烷基,优选为甲基、乙基、叔丁基、环烷基。作为烯基,例如可以举出碳原子数为2~8的直链状或分支状的烯基。作为芳基,例如可以举出碳原子数为6~10的芳基,优选为苯基。
作为烷氧基,可以举出基团RO-的R例如与在上述中例示的烷基相当的烷氧基,优选为甲氧基、乙氧基。酰基可以为脂肪族酰基或芳香族酰基的任意。作为脂肪族酰基,可以举出基团RCO-的R例如与在上述中例示的烷基相当的脂肪族酰基,优选为乙酰基。作为芳香族酰基,可以举出基团RCO-的R与在上述中例示的芳基相当的芳香族酰基,优选为苯甲酰基。酰氧基可以为脂肪族酰氧基或芳香族酰氧基的任意。作为脂肪族酰氧基,可以举出基团RCOO-的R例如与在上述中例示的烷基相当的脂肪族酰氧基,例如乙酰氧基。作为芳香族酰氧基,可以举出基团RCOO-的R与在上述中例示的芳基相当的芳香族酰氧基,例如苯酰氧基。对于烷氧羰基中的烷氧基部分、芳氧基中的芳基部分而言,应用所述烷氧基、芳基中的例示。取代氨基可以为单取代氨基或二取代氨基的任意,作为取代基,例如可以举出在上述中例示的烷基。
其中,上述的取代基例如烷基(包括烷氧基等的烷基部分)、烯基、烷氧基、芳基(包括芳氧基等的芳基部分)也可以进一步被羟基取代,具体而言,可以举出羟乙基、羟基乙氧基等。
作为三环以上的醌化合物的具体例,可以举出蒽醌、2-甲基蒽醌、2-乙基蒽醌、2-叔丁基蒽醌、2-(4-甲基-3-戊基)蒽醌、2-(4-甲基-3-戊烯基)蒽醌、2-甲氧基蒽醌、2-乙氧基蒽醌、2-苯氧基蒽醌、2-羟基乙氧基蒽醌、1-羟基蒽醌、2-羟基蒽醌、蒽醌-2-羧酸、蒽醌-2-羧酸甲酯、蒽醌-2-羧酸乙酯、蒽醌-2-羧酸2-羟基乙酯、1,4-二羟基蒽醌、1,5-二羟基蒽醌、2,6-二羟基蒽醌、1,2-二氢化蒽醌、1,4-二氢化蒽醌、1,4-二氢化蒽醌、1,2-二甲基-4-(2-甲基-1-丙烯基)-1,4-二氢化蒽醌、1,2,3,4-四氢化蒽醌、1,4,4a,9a-四氢化蒽醌等。
醌化合物的含量在电解液的总重量中优选为0.1~5重量%。含量如果在该范围内,则相对从阴极及阳极的漏液可以获得充分的抑制效果。含量更优选为0.2~3重量%,进而优选为0.5~2重量%。
另外,本发明还涉及一种含有四氟合铝酸离子和(B)(5)从杂多酸及其盐中选择的1种以上的化合物而成的电解电容器用电解液。在此,杂多酸是指含有氧及2种以上元素的缩合酸。
作为杂多酸,可以举出硅钨酸、磷钨酸、磷钼酸、硅钼酸、硅钨钼酸、磷钨钼酸、硅钒钨酸、磷钒钨酸、磷钒钼酸、硅钒钼酸、磷钼钨酸、硅钼钨酸、硅钒钨酸、硼钨酸、硼钼酸、硼钼钨酸等。
杂多酸可以以盐的形态使用,例如可以举出杂多酸的季鎓盐(例如四甲基铵盐、乙基三甲基铵盐等季铵盐,四甲基鏻盐、乙基三甲基鏻盐等季鏻盐等)、胺盐(例如甲胺、乙胺、叔丁胺等伯胺盐,二甲胺、乙基甲胺、二乙基胺等仲胺、三甲基胺、二乙基甲胺、乙基二甲胺、三乙胺等叔胺盐等)、铵盐等。
就从杂多酸及其盐中选择的1种以上化合物的含量而言,在电解液的总重量中优选为0.1~5重量%。含量如果在该范围内,则相对从阴极及阳极的漏液可以获得充分的抑制效果。含量更优选为0.2~3重量%,进而优选为0.5~2重量%。
在本发明中的含有四氟合铝酸离子的电解电容器用电解液中,在组合使用(B)(1)~(5)的化合物的情况下,它们的总重量在电解液的总重量中优选为0.1~5重量%。
本发明中的含有四氟合铝酸离子的电解电容器用电解液例如记载于特开2003-142346号公报中。具体而言,为阴离子成分的全部或一部分使用四氟合铝酸离子(AlF4 -)的电解液,阴离子成分中四氟合铝酸离子优选为5~100摩尔%,更优选为30~100摩尔%,特别优选为50~100摩尔%,最优选为100摩尔%。
四氟合铝酸离子可以以盐的形态在电解液中含有。四氟合铝酸盐优选为从季鎓盐、胺盐、铵盐及碱金属盐构成的组中选择的1种以上。
作为季鎓盐的优选例,可以举出季铵盐、季鏻盐、季咪唑鎓盐以及季脒鎓(amidinium)盐。
作为季铵盐的季铵离子的优选例,可以举出如下。
(i)四烷基铵
例如可以举出四甲基铵、乙基三甲基铵、二乙基二甲基铵、三乙基甲基铵、四乙基铵、三甲基正丙基铵、三甲基异丙基铵、三甲基正丁基铵、三甲基异丁基铵、三甲基叔丁基铵、三甲基正己基铵、二甲基二正丙基铵、二甲基二异丙基铵、二甲基正丙基异丙基铵、甲基三正丙基铵、甲基三异丙基铵、甲基二正丙基异丙基铵、甲基正丙基二异丙基铵、三乙基正丙基铵、三乙基异丙基铵、三乙基正丁基铵、三乙基异丁基铵、三乙基叔丁基铵、二甲基二正丁基铵、二甲基二异丁基铵、二甲基二叔丁基铵、二甲基正丁基乙基铵、二甲基异丁基乙基铵、二甲基叔丁基乙基铵、二甲基正丁基异丁基铵、二甲基正丁基叔丁基铵、二甲基异丁基叔丁基铵、二乙基二正丙基铵、二乙基二异丙基铵、二乙基正丙基异丙基铵、乙基三正丙基铵、乙基三异丙基铵、乙基二正丙基异丙基铵、乙基正丙基二异丙基铵、二乙基甲基正丙基铵、乙基二甲基正丙基铵、乙基甲基二正丙基铵、二乙基甲基异丙基铵、乙基二甲基异丙基铵、乙基甲基二异丙基铵、乙基甲基正丙基异丙基铵、四正丙基铵、四异丙基铵、正丙基三异丙基铵、二正丙基二异丙基铵、三正丙基异丙基铵、三甲基戊基铵、三甲基己基铵、三甲基庚基铵、三甲基辛基铵、三甲基壬基铵等。它们的碳原子数的和均为4~12,但也可以使用碳原子数的和为13以上的四烷基铵,例如可以举出三甲基癸基铵、三甲基十一烷基铵、三甲基十二烷基铵等。
(ii)芳香族取代铵
例如可以举出三甲基苯基铵等碳原子数的和为4~12的芳香族取代铵以及四苯基铵等碳原子数的和为13以上的芳香族取代铵。
(iii)脂肪族环状铵
例如可以举出N,N-二甲基吡咯烷鎓、N-乙基-N-甲基吡咯烷鎓、N,N-二乙基吡咯烷鎓、N,N-四亚甲基吡咯烷鎓等吡咯烷鎓;N,N-二甲基哌啶鎓、N-乙基-N-甲基哌啶鎓、N,N-二乙基哌啶鎓、N,N-四亚甲基哌啶鎓、N,N-五亚甲基哌啶鎓等哌啶鎓;N,N-二甲基吗啉鎓、N-乙基-N-甲基吗啉鎓、N,N-二乙基吗啉鎓等吗啉鎓。它们的碳原子数的和均为4~12,但也可以使用碳原子数的和为13以上的脂肪族环状铵。
(iv)含氮杂环芳香族化合物的离子
例如可以举出N-甲基吡啶鎓、N-乙基吡啶鎓、N-正丙基吡啶鎓、N-异丙基吡啶鎓、N-正丁基吡啶鎓等吡啶鎓。它们的碳原子数的和均为4~12,但也可以使用碳原子数的和为13以上的含氮杂环芳香族化合物。
作为季鏻盐的季鏻离子的优选例,可以举出四甲基鏻、三乙基甲基鏻、三乙基鏻等。它们的碳原子数的和均为4~12,但也可以使用碳原子数的和为13以上的季鏻盐。
作为季咪唑鎓盐的季咪唑鎓离子的优选例,可以举出1,3-二甲基咪唑鎓、1,2,3-三甲基咪唑鎓、1-乙基-3-甲基咪唑鎓、1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、1,3-二乙基咪唑鎓、1,2-二乙基-3-甲基咪唑鎓、1,3-二乙基-2-甲基咪唑鎓、1,2-二甲基-3-正丙基咪唑鎓、1-正丁基-3-甲基咪唑鎓、3-正丙基-1,2,4-三甲基咪唑鎓、1,2,3,4-四甲基咪唑鎓、1,2,3,4,5-五甲基咪唑鎓、2-乙基-1,3-二甲基咪唑鎓、1,3-二甲基-2-正丙基咪唑鎓、1,3-二甲基-2-正戊基咪唑鎓、1,3-二甲基-2-正庚基咪唑鎓、1,3,4-三甲基咪唑鎓、2-乙基-1,3,4-三甲基咪唑鎓、1,3-二甲基苯并咪唑鎓、1-苯基-3-甲基咪唑鎓、1-苄基-3-甲基咪唑鎓、1-苯基-2,3-二甲基咪唑鎓、1-苄基-2,3-二甲基咪唑鎓、2-苯基-1,3-二甲基咪唑鎓、2-苄基-1,3-二甲基咪唑鎓等。它们均为碳原子数的和为4~12的季咪唑鎓。
此外,本发明的电解液也可以使用碳原子数的和为13以上的季咪唑鎓,作为优选例,可以举出1,3-二甲基-2-正十一烷基咪唑鎓、1,3-二甲基-2-正十七烷基咪唑鎓等。另外,也可以使用含有羟基、醚基的季咪唑鎓,作为优选例,可以举出2-(2’-羟基)乙基-1,3-二甲基咪唑鎓、1-(2’-羟基)乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、2-乙氧基甲基-1,3-二甲基咪唑鎓、1-乙氧基甲基-2,3-二甲基咪唑鎓等。
作为季脒鎓(アミジニウム)的优选例,可以举出1,3-二甲基咪唑啉鎓、1,2,3-三甲基咪唑啉鎓、1-乙基-3-甲基咪唑啉鎓、1-乙基-2,3-二甲基咪唑啉鎓、1,3-二乙基咪唑啉鎓、1,2-二乙基-3-甲基咪唑啉鎓、1,3-二乙基-2-甲基咪唑啉鎓、1,2-二甲基-3-正丙基咪唑啉鎓、1-正丁基-3-甲基咪唑啉鎓、3-正丙基-1,2,4-三甲基咪唑啉鎓、1,2,3,4-四甲基咪唑啉鎓、2-乙基-1,3-二甲基咪唑啉鎓、1,3-二甲基-2-正丙基咪唑啉鎓、1,3-二甲基-2-正戊基咪唑啉鎓、1,3-二甲基-2-正庚基咪唑啉鎓、1,3,4-三甲基咪唑啉鎓、2-乙基-1,3,4-三甲基咪唑啉鎓、1-苯基-3-甲基咪唑啉鎓、1-苄基-3-甲基咪唑啉鎓、1-苯基-2,3-二甲基咪唑啉鎓、1-苄基-2,3-二甲基咪唑啉鎓、2-苯基-1,3-二甲基咪唑啉鎓、2-苄基-1,3-二甲基咪唑啉鎓等咪唑啉鎓;1,3-二甲基四氢嘧啶鎓(ピリミジニウム)、1,3-二乙基四氢嘧啶鎓、1-乙基-3-甲基四氢嘧啶鎓、1,2,3-三甲基四氢嘧啶鎓、1,2,3-三乙基四氢嘧啶鎓、1-乙基-2,3-二甲基四氢嘧啶鎓、2-乙基-1,3-二甲基四氢嘧啶鎓、1,2-二乙基-3-甲基四氢嘧啶鎓、1,3-二乙基-2-甲基四氢嘧啶鎓、5-甲基-1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬烯鎓(ノネニウム)-5、8-甲基-1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳烯鎓(ウンデセニウム)-7等四氢嘧啶鎓。它们均为碳原子数的和为4~12的季脒鎓。
此外,还可以使用碳原子数的和为13以上的季脒鎓,作为优选例,可以举出1,3-二甲基-2-正十一烷基咪唑啉鎓、1,3-二甲基-2-正十七烷基咪唑啉鎓等。另外,也可以使用含有羟基、醚基的季脒鎓,作为优选例,可以举出2-(2’-羟基)乙基-1,3-二甲基咪唑啉鎓、1-(2’-羟基)乙基-2,3-二甲基咪唑啉鎓、2-乙氧基甲基-1,3-二甲基咪唑啉鎓、1-乙氧基甲基-2,3-二甲基咪唑啉鎓等。
电解液除了季鎓盐以外,还可以作为胺盐、铵盐(NH4 +AlF4 -)、碱金属盐含有四氟合铝酸离子。
作为胺盐的胺的优选例,可以举出三甲胺、乙基二甲胺、二乙基甲胺、三乙胺、吡啶、N-甲基咪唑、1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬烯-5、1,8-二氮双环[5.4.0]ウンデン—7等叔胺。另外,除了所述叔胺以外,也可以使用伯胺、仲胺,例如可以举出二乙胺、二异丙基胺、异丁胺、二-2-乙基己基胺、吡咯烷、哌啶、吗啉、六亚甲基亚胺、乙胺、正丙胺、异丙胺、叔丁胺、仲丁胺、2-乙基己胺、3-甲氧基丙胺、3-乙氧基丙胺等。作为碱金属的优选例,可以举出锂、钠、钾、铷、铯等。
在这些阳离子成分中,从获得高电导率的电解液的观点出发,优选碳原子数的和为4~12的季鎓,其中,优选从四乙胺、三乙基甲基铵、二乙基二甲基铵、乙基三甲基铵、四甲基铵、N,N-二甲基吡咯烷鎓、N-乙基-N-甲基吡咯烷鎓、1,3-二甲基咪唑鎓、1,2,3-三甲基咪唑鎓、1-乙基-3-甲基咪唑鎓、1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、1,2,3,4-四甲基咪唑鎓、1,3-二乙基咪唑鎓、2-乙基-1,3-二甲基咪唑鎓、1,3-二甲基-2-正丙基咪唑鎓、1,3-二甲基-2-正戊基咪唑鎓、1,3-二甲基-2-正庚基咪唑鎓、1,3,4-三甲基咪唑鎓、2-乙基-1,3,4-三甲基咪唑鎓、1,3-二甲基苯并咪唑鎓、1-苯基-3-甲基咪唑鎓、1-苄基-3-甲基咪唑鎓、1-苯基-2,3-二甲基咪唑鎓、1-苄基-2,3-二甲基咪唑鎓、2-苯基-1,3-二甲基咪唑鎓、2-苄基-1,3-二甲基咪唑鎓、1,3-二甲基咪唑啉鎓、1,2,3-三甲基咪唑啉鎓、1-乙基-3-甲基咪唑啉鎓、1-乙基-2,3-二甲基咪唑啉鎓、1,2,3,4-四甲基咪唑啉鎓、1,3-二乙基咪唑啉鎓、2-乙基-1,3-二甲基咪唑啉鎓、1,3-二甲基-2-正丙基咪唑啉鎓、1,3-二甲基-2-正戊基咪唑啉鎓、1,3-二甲基-2-正庚基咪唑啉鎓、1,3,4-三甲基咪唑啉鎓、2-乙基-1,3,4-三甲基咪唑啉鎓、1-苯基-3-甲基咪唑啉鎓、1-苄基-3-甲基咪唑啉鎓、1-苯基-2,3-二甲基咪唑啉鎓、1-苄基-2,3-二甲基咪唑啉鎓、2-苯基-1,3-二甲基咪唑啉鎓以及2-苄基-1,3-二甲基咪唑啉鎓构成的组中选择的1种以上的化合物,进而优选1-乙基-2,3-二甲基咪唑啉鎓、1,2,3,4-四甲基咪唑啉鎓。
此外,电解液还可以含有四氟合铝酸离子以外的阴离子成分,作为它们的具体例,例如可以举出四氟合硼酸离子、六氟合磷酸离子、六氟合砷酸离子、六氟合锑酸离子、六氟合铌酸离子、六氟合钽酸离子等含氟无机离子;苯二甲酸离子、马来酸离子、水杨酸离子、苯甲酸离子、己二酸离子等羧酸离子;苯磺酸离子、甲苯磺酸离子、十二烷基苯磺酸离子、三氟甲烷磺酸离子、全氟丁烷磺酸等磺酸离子;硼酸离子、磷酸离子等无机含氧(oxo)酸离子;双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺离子、双(五氟乙烷磺酰基)酰亚胺离子、三(三氟甲烷磺酰基)甲基化物离子、全氟烷基硼酸盐离子、全氟烷基磷酸盐离子等。作为盐,可以并用苯二甲酸氢盐、马来酸氢盐等。例如,在并用四氟合铝酸盐与苯二甲酸氢盐、马来酸氢盐等的情况下,优选以四氟合铝酸盐为主体,相对盐的总重量,四氟合铝酸盐优选为50重量%以上,更优选为60重量%以上,进而优选为70重量%以上,比率越高,越优选。
在将四氟合铝酸盐用于电解电容器的情况下,由于必须为高纯度,所以可以根据需要通过再结晶或溶媒提取等将盐精制至需要的纯度后使用。
就四氟合铝酸离子而言,作为四氟合铝酸盐的含量,在电解液中优选为5~40重量%。如果含量在该范围内,则电导率良好,而且粘性适当,还可以抑制盐在低温下析出。含量更优选为10~35重量%。其中,由于通常存在越成为低浓度则电解电容器用电解液的耐电压越增加的趋势,所以可以根据需要的电容器的额定电压来决定最佳浓度。不过,本发明的电解液可以为含有盐50%以上的浓溶液,也可以为常温熔融盐。
从获得具有更出色的电导率、热稳定性、耐电压性的电解液的观点出发,电解液优选含有溶媒50%以上。溶媒可以举出从碳酸酯、羧酸酯、磷酸酯、腈、酰胺、砜、醇以及水构成的组中选择的1种以上,在用于电解液的情况下,优选从具有显示出经时稳定的特性的趋势的碳酸酯、羧酸酯、磷酸酯、腈、酰胺、砜以及醇中选择。作为溶媒,在使用水的情况下,优选与其他溶媒组合,作为溶媒的一部分使用。
作为这样的溶媒的具体例,可以举出如下。可以举出链状碳酸酯(例如碳酸二甲酯、碳酸乙甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二苯酯、碳酸甲苯酯等链状碳酸酯)、环状碳酸酯(例如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、2,3-二甲基碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸亚乙烯基酯、2-乙烯基碳酸乙烯酯等环状碳酸酯)等碳酸酯;脂肪族羧酸酯(例如甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯等)、芳香族羧酸酯(例如苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯等芳香族羧酸酯等)、内酯(例如γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯等)等羧酸酯;磷酸三甲酯、磷酸乙基二甲酯、磷酸二乙基甲酯、磷酸三乙酯等磷酸酯;乙腈、丙腈、甲氧基丙腈、戊二腈、己二腈、2-甲基戊二腈等腈;N-甲基甲酰胺、N-乙基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等酰胺;二甲基砜、甲乙砜、二乙基砜、环丁砜、3-甲基环丁砜、2,4-二甲基环丁砜等砜;乙二醇、丙二醇、乙二醇一甲醚、乙二醇一乙醚等醇;乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、1,4-二噁烷、1,3-二噁茂烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、2,6-二甲基四氢呋喃、四氢吡喃等醚;二甲亚砜、甲基乙基亚砜、二乙基亚砜等亚砜;1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1H)-嘧啶酮、3-甲基-2-噁唑烷酮等。
此外,从获得电导性更出色的电解液的观点出发,可以优选具有25以上的电容率(ε,25℃)的非水系溶媒作为溶媒,另外,从安全性的观点出发,还可以优选使用具有70℃以上的闪点的非水系溶媒作为溶媒。
从获得热稳定性更出色的电解液的观点出发,相对溶媒的总重量,优选含有沸点为250℃以上、熔点为-60~40℃以及介电常数(ε,25℃)为25以上的溶媒25重量%以上,更优选含有40重量%以上,特别优选含有50重量%以上。作为这样的溶媒的例子,可以举出砜。特别优选环丁砜、3-甲基环丁砜。通过在电解液中组合使用这样的溶媒,可以获得保证环境温度110~150℃下的动作达1000小时以上的低阻抗、高耐电压的电解电容器。
另外,从获得更低阻抗的电解电容器的观点出发,相对溶媒的总重量,优选含有沸点为190℃以上不到250℃、熔点为-60~40℃以及介电常数(ε,25℃)为25以上的溶媒25重量%以上,更优选含有40重量%以上,特别优选含有50重量%以上。作为这样的溶媒的例子,可以举出碳酸酯、羧酸酯、磷酸酯、腈、酰胺以及醇,特别优选γ-丁内酯、乙二醇。通过在电解液中组合使用这样的溶媒,可以获得极低阻抗、高电压的电解电容器。
从热稳定性的观点出发,优选溶媒为环丁砜,在电解液中添加5~40重量%四氟合铝酸1-乙基-2,3-二甲基咪唑啉鎓或四氟合铝酸1,2,3,4-四甲基咪唑啉鎓所得的电解液,从可以获得低阻抗的电解电容器的观点出发,优选溶媒为γ-丁内酯,在电解液中添加5~40重量%四氟合铝酸1-乙基-2,3-二甲基咪唑啉鎓或四氟合铝酸1,2,3,4-四甲基咪唑啉鎓所得的电解液。不过,还优选并用了环丁砜和γ-丁内酯的溶媒。
除了盐以及溶媒以外,也可以在电解液中使用各种添加物。在电解液中加入添加物的目的涉及很多方面,可以举出电导率的提高、热稳定性的提高、水合或溶解引起的电极劣化的抑制、气体发生的抑制、耐电压的提高、润湿性的改善等。对添加物的含量没有特别限定,优选在0.1~20重量%的范围,更优选在0.5~10重量%的范围。
作为这样的添加物的例子,可以举出m-硝基乙酰苯、p-硝基苯甲酸;磷酸二丁酯、磷酸一丁酯、磷酸二辛酯、辛基膦酸一辛酯、磷酸等磷化合物;硼酸与多元醇(乙二醇、甘油、甘露醇、聚乙烯醇等)的配位化合物等硼化合物;二氧化硅、铝硅酸盐等金属氧化物微粒;聚乙二醇或聚丙二醇等聚亚烷基二醇及其共聚物、硅油等表面活性剂等。如果为配合有从所述(B)(2)~(5)中选择的化合物的方式,则还可以使用硝基酚类例如p-硝基苯酚。
电解液也可以通过向其中添加高分子化合物而发生固体化,从而作为所谓的凝胶化电解液使用。作为在这样的凝胶化电解液中使用的高分子的例子,可以举出聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。
此外,从耐久性特性的观点出发,电解液中的水分含量越小越好,具体而言,优选控制在1重量%以下,更优选为0.01~1重量%,进而优选为0.01~0.1重量%。
但是,在含有从(B)(3)~(5)中选择的化合物的电解液中,可以抑制水分的影响,例如,即使在水分含量为0.01~3重量%的范围内也可以维持良好的特性。
本发明另外还提供使用本发明中的电解液的电解电容器。作为电解电容器的例子,可以举出铝电解电容器、钽电解电容器、铌电解电容器,特别优选铝电解电容器。就电解电容器的结构或材质而言,只要是使用本发明的电解液即可,没有特别限制。因而,在以往使用的电解电容器或新提出的电解电容器中使用本发明的电解电容器的情况下,全部被包括在本发明的范围内。
以下,作为代表例,基于如图1及2所示的结构,对铝电解电容器进行说明。
如下所述地制造铝电解电容器。首先,借助隔离件11卷绕阳极电极箔2和阴极电极箔3,形成电容器元件1。如图2所示,作为阳极引出机构及阴极引出机构的导线4及导线5分别与阳极电极箔2、阴极电极箔3连接。这些导线4及导线5由与各箔连接的连接部7、与连接部7连接的圆棒部6、以及与圆棒部焊接而成的外部连接部8构成。此外,各箔与导线利用接缝法或超声波焊接等被机械连接。
可以在如上所述的电容器元件1中浸渗本发明的电解液,收容于有底筒状的由铝构成的包装容器10中,在包装容器10的开口端部中插入具有导出导线4、5的贯通孔的封口体9,进而,通过铆接包装容器10的端部来进行电解电容器的封口,从而获得铝电解电容器。
以下对铝电解电容器的各构成部分,进行具体说明。对阳极电极箔没有特别限定,例如可以使用如下所述的阳极电极箔:在酸性溶液中通过化学或电化学的蚀刻来对纯度为99.9%以上的铝箔进行扩面处理,然后在作为电解质含有磷酸二氢铵或磷酸氢二铵等的磷酸系的化成液、含有硼酸铵等的硼酸系化成液、含有己二酸铵等的己二酸系的化成液等中,进行化成处理,在其表面形成氧化铝被膜层。
对阴极电极箔没有特别限定,例如可以使用与阳极电极箔同样地蚀刻纯度为99.9%以上的铝箔而成的箔。另外,也可以使用在阴极电极箔的表面的一部分或全部形成由金属氮化物或金属构成的被膜而成的箔。这样的阴极电极箔例如在特开2004-165203号公报中有记载。具体而言,作为金属氮化物,可以举出氮化钛、氮化锆、氮化钽、氮化铌等;作为金属,可以举出钛、锆、钽、铌等,作为被膜的厚度,可以举出0.02~0.1μm。进而,含有铜、铁、锰、锡、钛中的1种或2种以上的纯度不到99.9%的铝构成的阴极电极箔,也可以在与使用纯度为99.9%以上的铝的阴极电极引出机构的组合中使用。这样的阴极电极箔例如在特开2004-165204号公报中有记载。
对隔离件没有特别限定,例如可以举出马尼拉纸、牛皮纸等纸。另外,隔离件也可以使用玻璃纤维、聚丙烯、聚乙烯等无纺布。
对作为阳极电极引出机构的导线以及作为阴极电极引出机构的导线没有特别限定,可以作成由将断续地冲压加工而成的铝线材裁断成规定的尺寸所形成的圆棒部以及连接部构成的铝导体,然后进行化成处理,在表面形成阳极氧化被膜。之后,在该铝导体的端面焊接由镀铜钢铁线(CP线)构成的外部连接部,从而构成。电极引出机构可以使用纯度为99.9%以上的铝,从防止漏液的观点出发,优选与电极箔的纯度为同等程度或更高。
此外,从提高电解电容器的漏液特性的观点出发,作为阴极电极引出机构的导线优选被加工成在电容器元件被插入·封口在包装容器中时,与封口体的接触部分存在陶瓷涂层及/或绝缘性合成树脂层。这样的加工例如在特开2004-165206号公报及特开2004-165207号公报中有记载。
就作为阴极电极引出机构的导线上的陶瓷涂层而言,例如,在如上所述表面上形成有阳极氧化被膜的铝导体的圆棒部,喷出由金属醇盐系陶瓷构成的涂敷剂并涂敷,然后进行热处理,接着再次喷出所述涂敷剂并涂敷,然后再次进行热处理来形成。
作为在金属醇盐系陶瓷中使用的陶瓷,可以举出Al2O3、SiO2、ZrO2、TiO2、MgO、H3BO3、Cr2O3、BaTiO3、PbTiO3、KTaO3等。此外,作为在此使用的陶瓷,如果考虑到涂敷特性,则优选从Al2O3、SiO2、ZrO2中选择的一种或两种以上,进而,如果考虑到强度,则优选使用由Al2O3、SiO2构成的混合物。
另外,当在作为阴极电极引出机构的导线上形成绝缘性合成树脂层时,作为绝缘性的合成树脂材料,例如可以使用环氧、酚醛、呋喃、三聚氰胺、二甲苯、胍胺树脂等热硬化性树脂,氟、丁二烯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚乙烯醇缩甲醛、聚苯硫醚、液晶聚合物、酮、香豆酮、MBS树脂等热塑性树脂等。接着,也可以以10重量%以下的比例,向其中例如配合使用硅烷系、钛酸酯系等偶合剂。
就绝缘性合成树脂层而言,例如在如上所述在表面形成有阳极氧化被膜的铝导体的圆棒部上涂敷偶合剂并干燥,形成偶合剂层后,或者不使用偶合剂,喷出由利用加热或适当的溶剂调节而成的绝缘性合成树脂的液态熔融物构成的涂敷剂并涂敷,然后进行干燥处理,从而形成。或者,也可以将已对热熔融性的合成树脂膜进行成形的产物用于圆棒部,然后进行加热处理来形成。
此外,在本发明中,从防止漏液的观点出发,优选不仅是对作为阴极引出机构的导线,而且对作为阳极引出机构的导线也进行相同的处理,形成陶瓷涂层或绝缘性合成树脂层。这些层可以为厚度5~30μm,优选为10~20μm。
可以在如上所述得到的电容器元件中浸渗本发明的电解液,插入·封口在包装容器中。其中,在本发明中,从修复阳极电极箔表面的氧化被膜层的龟裂或损伤部分的观点出发,优选在浸渗电解液之前,将电容器元件浸渍于化成液中,进行修复化成。
作为修复化成的化成液,没有特别限定,可以使用在阳极电极箔的化成中使用的化成液。具体而言,作为电解质,可以举出含有磷酸二氢铵或磷酸氢二铵等的磷酸系化成液、含有硼酸铵等的硼酸系化成液、含有己二酸铵等的己二酸系化成液。其中,优选使用磷酸系化成液。化成液的浓度也可以为以往在阳极电极箔的化成中使用的化成液的浓度,例如可以为含有0.01~1重量%电解质的水溶液。此外,修复化成的化成液可以与在电容器元件的阳极电极箔的化成中使用的化成液相同或不同。
可以利用公知的机构进行修复化成,例如可以在电容器元件中浸渗化成液,然后向阳极施加电压来进行。修复化成可以在额定电压以上、阳极电极箔化成电压以下进行,化成时间可以为5~120分钟。
优选在清洗、干燥已修复化成的电容器元件之后,浸渗电解液。
可以向包装容器中插入已浸渗电解液的电容器元件,对容器的开口部进行封口。例如收容于有底筒状的由铝构成的包装容器中,在包装容器的开口端部插入丁基橡胶制的封口体,进而,拉深加工包装容器的端部,进行电解电容器的封口,从而获得铝电解电容器。如果用氟树脂等涂敷封口体的表面或者贴附酚醛树脂等的板,则溶媒蒸气的透过性减低,所以更优选。如此得到的电解电容器可以在之后根据需要交付到再化成。
此外,在使用含有四氟合铝酸离子的电解电容器用电解液的铝电解电容器中,与使用含有苯二甲酸等的季铵盐等的电解液的以往的铝电解电容器相比,阴极的自然电位低,而且随着时间的推移逐渐向低电位移动的程度也很大,进而,阳极的自然电位也可见向低电位移动的趋势。结果,导线的圆棒部变得比电极箔高,在该部分的氧化还原反应引起的氢氧化物的生成导致发生漏液,电解电容器的特性容易变化。另外,与以往的铝电解电容器在额定电压35V以下的低电压区域使用相对,使用含有四氟合铝酸离子的电解液的铝电解电容器可以在直至额定电压100V等级(class)的高电压区域使用,而且还满足高耐热性的要求,所以水分含量的影响较大。
但是,可知当使用在含有四氟合铝酸离子的电解电容器用电解液中配合有从(B)(3)~(5)中选择的化合物得到的电解液时,如上所述的趋势均被控制。
例如,对于醌化合物,在导线的圆棒部进行氧化还原反应时,醌化合物的反应优先,可以抑制氢氧化物的生成,防止漏液。进而,在本发明的电解液中,可以将铝的自然电位控制得较高,结果,可以使电位稳定化,所以醌化合物的反应得以稳定进行。
即,在其他方式中,本发明的电解电容器电解液是阴极(铝)的自然电位为-0.95V以上的含有四氟合铝酸离子的电解电容器用电解液。自然电位可以优选控制在-0.95~-0.50V,更优选控制在-0.90~-0.55V的范围。在是使用本发明的电解液的电解电容器的情况下,还可以抑制水分含量的影响,例如,即使水分含量为0.01~5重量%,也可以使自然电位在所述范围内。在此,自然电位是指在电解液中浸渍铝(纯度99.99%,厚度1nm),将I3 +/I-作为参考电极,用恒电位仪测定的刚刚浸渍后的值。另外,本发明的电解电容器用电解液也可以抑制阴极(铝)的自然电位随着时间的经过而降低。
另外,如果在阴极电极箔的表面的一部分或全部形成由金属氮化物或金属构成的被膜,则可以将电极箔的自然电位保持较高,如果阳极电极引出机构及/或阴极电极引出机构在与封口体的接触部分的至少一部分具备陶瓷涂层及/或绝缘性合成树脂层,则可以抑制在导线的圆棒部的反应,所以对于抑制漏液而言为优选。
以上以图1及图2所示的铝电解电容器为例,对本发明进行了说明,但本发明不被它们所限定,可以在不脱离本发明的主旨的范围内,适当变更说明中的材料、形状、使用量、比例、操作等。