CN110199368B - 电解电容器 - Google Patents

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Abstract

电解电容器具备：电容器元件、与电容器元件电连接的引线部件、将电容器元件和引线部件的一部分密封的外包装部件、以及覆盖外包装部件的至少一部分表面且具有电绝缘性的隔热层。隔热层包含金属氧化物和金属氢氧化物中的至少一者。

Description

电解电容器
技术领域
本发明涉及具备电容器元件的电解电容器。
背景技术
电解电容器具备电容器元件、与电容器元件电连接的引线部件、以及将电容器元件和引线部件的一部分密封的外包装部件。
若电解电容器因回流焊处理等而暴露在高温环境下(例如250℃以上)，则会有热传导至电解电容器内部的电容器元件，电容器元件的电特性降低的情况。此外，在电容器元件具备作为固体电解质的导电性高分子的情况下，因导电性高分子的热分解而产生气体。电解电容器的内压随之上升，由此会有电解电容器的密封性降低的情况。
另一方面，专利文献1中提出了如下方案：在具备电化学元件和密封电化学元件的膜的电化学设备中，在膜的表面设置红外线反射层。由此，因热向电化学设备内部的电化学元件传导而导致的电化学元件的劣化受到抑制。红外线反射层可以使用铝等金属或包含铝等的合金。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-267026号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，若将电解电容器的外包装部件的表面用具有导电性的红外线反射层覆盖，则有红外线反射层与电解电容器的引线部件接触而发生短路的担心，电解电容器的可靠性降低。
用于解决课题的方案
本发明的一个方面涉及一种电解电容器，其具备电容器元件、与上述电容器元件电连接的引线部件、将上述电容器元件和上述引线部件的一部分密封的外包装部件、以及覆盖上述外包装部件的至少一部分表面且具有电绝缘性的隔热层，上述隔热层包含金属氧化物和金属氢氧化物中的至少一者。
本发明的另一方面涉及一种电解电容器，其具备电容器元件、与上述电容器元件电连接的引线部件、以及覆盖上述电容器元件且覆盖上述引线部件的一部分的外包装树脂层，上述外包装树脂层包含具有电绝缘性的多孔粒子。
发明效果
根据本发明，由于热向电解电容器内部的电容器元件的传导受到抑制，因此，能够提供可靠性高的电解电容器。
附图说明
图1是示意性地示出本发明所述的电解电容器的一例的截面图。
具体实施方式
[第一实施方式]
本发明的第一实施方式所述的电解电容器具备电容器元件、与电容器元件电连接的引线部件、将电容器元件和引线部件的一部分密封的外包装部件、以及覆盖外包装部件的至少一部分表面的隔热层。
隔热层包含表现出隔热效果的金属化合物。作为具有隔热效果的金属化合物，可以使用金属氧化物和金属氢氧化物中的至少一者。通过具备这样的隔热层，即使电解电容器因回流焊处理等而暴露于高温环境下(例如250℃以上)，也可抑制热向电解电容器内部的电容器元件传导。因热向电容器元件传导而导致的电容器元件的劣化(电化学特性的降低)受到抑制。此外，在电容器元件具备作为固体电解质的导电性高分子的情况下，由导电性高分子的热分解导致的气体产生受到抑制。因与气体产生相伴的电解电容器的内压上升导致的电解电容器的密封性降低受到抑制。
隔热层具有电绝缘性。因而，即使引线部件与隔热层接触也不发生短路，能够获得可靠性优异的电解电容器。优选作为金属化合物而包含于隔热层中的氧化物、氢氧化物也具有电绝缘性。
外包装部件优选为覆盖电容器元件且覆盖引线部件的一部分的外包装树脂层L1。此外，外包装部件也可以具备容纳电容器元件的有底壳体和封堵壳体开口的封口部件。作为有底壳体的原材料，可列举出树脂、金属、陶瓷等。封口部件包含例如树脂或橡胶成分。封口部件也可以设有贯穿引线部件的贯穿孔。
隔热层所使用的金属氧化物和/或金属氢氧化物包含例如铝、镁、硅、锌、镍、钛、锆、铟、锡、铁、铜、铑、铌、钽、钨、钼等。它们可以单独使用，也可以组合使用2种以上。
包含金属氧化物的隔热层可用作红外线反射层。从隔热效果高的方面出发，隔热层所使用的金属氧化物优选为选自氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化钛和氧化锆中的至少1种。在金属氧化物为水合物的情况下，包含金属氧化物的水合物的隔热层兼作吸热层。作为金属氧化物的水合物，可列举出例如沸石。
由于金属氢氧化物因热分解而生成水，因此，包含金属氢氧化物的隔热层可用作吸热层。从由吸热导致的隔热效果高的方面出发，隔热层所使用的金属氢氧化物优选为氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一者。
隔热层优选包含金属化合物和树脂。此时，可以使金属化合物以粉末(粒子)的状态包含在隔热层中。这样的隔热层具备例如树脂层和分散在树脂层中的粒子状的金属化合物。粒子的形状可以为多孔，也可以不是多孔。隔热层(树脂层)优选包含固化性树脂组合物的固化物，也可以包含热塑性树脂或含有该热塑性树脂的组合物。针对固化性树脂组合物、热塑性树脂(组合物)，可以使用后述外包装树脂层中例示的物质。
隔热层可通过例如将向固化性树脂组合物或热塑性树脂(组合物)中添加金属化合物而得的物质涂布于外包装部件(外包装树脂层)的表面来形成。
隔热层覆盖外包装部件的至少一部分表面。隔热层可以覆盖外包装部件的外表面(与电容器元件相反侧的表面)，也可以覆盖内表面(电容器元件侧的表面)。其中，在隔热层包含因热分解而生成水的金属氢氧化物、金属氧化物的水合物的情况下，从电解电容器的可靠性的观点出发，优选隔热层覆盖外包装部件的外表面。
隔热层中的金属化合物的含量例如为20质量％以上。隔热层的厚度优选为1μm以上且100μm以下。此时，能够将电解电容器小型化，且充分抑制热向电解电容器内部的传导。
优选上述金属化合物形成为多孔粒子。需要说明的是，此处所述的多孔粒子包括中空粒子。通过使用多孔粒子，在隔热层内形成大量空隙。在由金属化合物实现的隔热效果的基础上，通过在隔热层内形成的大量空隙而提高隔热效果。通过具备这样的隔热层，即使电解电容器因回流焊处理等而暴露在高温环境下(例如250℃以上)，也可抑制热向电解电容器内部的电容器元件的传导。
通过使用多孔粒子，隔热层可以具有比外包装树脂层L1更多的空隙。隔热层的空隙率例如为20％以上且80％以下。需要说明的是，从确保电解电容器的密封性的观点出发，外包装树脂层L1的空隙率例如小于5％。
隔热层或外包装树脂层L1的空隙率可通过例如使用利用扫描型电子显微镜得到的隔热层或外包装树脂层L1的截面图像，算出空隙部分的面积相对于该截面面积的比率来求出。
多孔粒子由例如氧化铝、氧化硅、沸石等形成。多孔粒子的平均粒径例如为1μm以上且100μm以下。多孔粒子的BET比表面积例如为10m2/g以上且1000m2/g以下。隔热层中的多孔粒子的含量例如为20质量％以上。
在引线部件与外包装树脂层L1的一部分界面存在间隙的情况下，优选隔热层以填埋该间隙的方式而形成。此时，能够抑制热借助该间隙向电解电容器内部的电容器元件传导。此外，能够进一步提高电解电容器的密封性。
从提高基于外包装树脂层L1的密封效果的观点出发，外包装树脂层L1优选包含填料。为了提高密封性，填料优选不是多孔性的，例如可以使用球状粒子。另一方面，为了在隔热层内形成大量空隙，多孔粒子优选比填料更为多孔性。此外，优选多孔粒子的BET比表面积比填料更大。多孔粒子和填料由彼此相同的材料(例如氧化硅)形成时，优选多孔粒子的表观密度比填料更小。
从热稳定性和机械强度的观点出发，填料优选为球状的氧化硅粒子。在电解电容器被暴露于高温环境下时，抑制外包装树脂层L1发生劣化而导致外包装树脂层L1与引线部件的密合性降低的情况。
[第二实施方式]
本发明的第二实施方式所述的电解电容器具备电容器元件、与电容器元件电连接的引线部件、以及覆盖电容器元件且覆盖引线部件的一部分的外包装树脂层L2。
外包装树脂层L2包含多孔粒子。需要说明的是，此处所述的多孔粒子包括中空粒子。利用多孔粒子在外包装树脂层L2内形成大量空隙，因此能够获得高的隔热效果。即，外包装树脂层L2兼作隔热层。因而，即使电解电容器因回流焊处理等而暴露在高温环境下(例如250℃以上)，也可抑制热向电解电容器内部的电容器元件的传导。
外包装树脂层L2所含的多孔粒子具有电绝缘性。因而，即使引线部件与外包装树脂层L2所含的多孔粒子接触也不发生短路，能够获得可靠性优异的电解电容器。
作为外包装树脂层L2所含的多孔粒子，可以使用第一实施方式所述的多孔粒子。外包装树脂层L2所含的多孔粒子优选由金属氧化物形成。此时，不会损害密封性，能够获得高的隔热效果。作为金属氧化物，可以使用在第一实施方式所述的金属化合物中例示的化合物。其中，从确保密封性的观点出发，外包装树脂层L2所含的金属氧化物优选不是水合物。
从提高基于外包装树脂层L2的密封效果的观点出发，外包装树脂层L2优选包含填料。为了提高密封性，填料优选不是多孔性的，例如可以使用球状粒子。另一方面，为了在外包装树脂层L2内形成大量空隙，多孔粒子优选比填料更为多孔性。此外，优选多孔粒子的BET比表面积比填料更大。多孔粒子和填料由彼此相同的材料(例如氧化硅)形成时，优选多孔粒子的表观密度比填料更小。
从热稳定性和机械强度的观点出发，填料优选为球状的氧化硅粒子。在电解电容器被暴露于高温环境下时，抑制外包装树脂层L2发生劣化而导致外包装树脂层L2与引线部件的密合性降低的情况。
优选的是：外包装树脂层L2包含填料，且外包装树脂层L2包含相对于多孔粒子和填料的合计100质量份为20质量份以上且80质量份以下的多孔粒子。此时，在外包装树脂层L2中，能够以良好的平衡获得由填料实现的密封效果和由多孔粒子实现的隔热效果。
从隔热效果和电解电容器的密封性的观点出发，包含多孔粒子的外包装树脂层L2的空隙率优选为20％以上且80％以下。例如，通过使外包装树脂层L2包含填料，即使包含多孔粒子的外包装树脂层L2的空隙率为20％以上且80％以下，也能够充分确保电解电容器的密封性。外包装树脂层L2中的多孔粒子的含量例如为50质量％以上且95质量％以下。
(外包装树脂层)
在第一实施方式和第二实施方式的任一者中，外包装树脂层均优选包含固化性树脂组合物的固化物，也可以包含热塑性树脂或含有热塑性树脂的组合物。针对固化性树脂组合物、热塑性树脂(组合物)，可以使用后述例示的物质。
外包装树脂层可以使用注射成形、嵌件成形、压缩成形等成形技术来形成。外包装树脂层可以通过例如使用规定的模具将固化性树脂组合物或热塑性树脂(组合物)以同时覆盖电容器元件外表面和一部分引线的方式填充至规定部位来形成。如第二实施方式那样地外包装树脂层兼作隔热层时，向固化性树脂组合物或热塑性树脂(组合物)中添加上述多孔粒子即可。
固化性树脂组合物可以在包含固化性树脂的基础上，还包含填料、固化剂、聚合引发剂和/或催化剂等。作为固化性树脂，可例示出光固化性树脂、热固化性树脂。固化剂、聚合引发剂、催化剂等根据固化性树脂的种类进行适当选择。
作为固化性树脂，可使用例如通过热作用而发生固化或聚合的化合物(例如单体、低聚物、预聚物等)。作为这样的化合物(或固化性树脂)，可列举出例如环氧树脂、酚醛树脂、脲树脂、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚氨酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、不饱和聚酯等。固化性树脂组合物可以包含多种固化性树脂。
作为填料，优选为例如绝缘性的粒子(无机系、有机系)和/或纤维等。作为构成填料的绝缘性材料，可列举出例如氧化硅、氧化铝等绝缘性的化合物、玻璃、矿物材料(滑石、云母、粘土等)等。外包装树脂层可以包含这些填料中的一种，也可以组合包含两种以上。外包装树脂层中的填料的含量例如为10质量％以上且90质量％以下。
作为热塑性树脂，可以使用例如聚苯硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等。包含热塑性树脂的组合物可以在包含热塑性树脂的基础上，还包含上述填料等。
(电容器元件)
在外包装部件为外包装树脂层的情况下，电解电容器可以使用例如层叠型的电容器元件。层叠型的电容器元件具备例如阳极体、覆盖阳极体的电介质层、以及覆盖电介质层的阴极部。阴极部具备覆盖电介质层的固体电解质层、和覆盖固体电解质层的阴极引出层。
外包装部件具备有底壳体和封堵有底壳体的开口部的封口部件时，电解电容器可以使用例如将表面具有电介质层的阳极体(铝箔)与阴极体(铝箔)在阳极体与阴极体之间夹隔着间隔件的条件下卷绕而得的电容器元件。卷绕型的电容器元件包含电解液和/或固体电解质。卷绕型的电解电容器为了提高密封性而可以还具备覆盖封口部件的模塑树脂层。
(引线部件)
使用层叠型的电容器元件时，作为引线部件，可以使用例如引线框架。使用卷绕型的电容器元件时，引线部件具备连接于电容器元件的引线接头以及连接于引线接头的端部的引线。引线贯穿上述封口部件。
图1是示意性地示出本发明所述的电解电容器的一例的截面图。
如图1所示，电解电容器1具备电容器元件2、与电容器元件2电连接的阳极端子4(阳极侧的引线部件)和阴极端子5(阴极侧的引线部件)、以及覆盖电容器元件2和一部分阳极端子4和阴极端子5的外包装树脂层3。阳极端子4和阴极端子5的一部分露出至外包装树脂层3的外部。外包装树脂层3具有大致长方体的外形，电解电容器1也具有大致长方体的外形。阳极端子4和阴极端子5可以使用引线框架。引线框架的原材料可以使用例如铜或铜合金等。
电解电容器1具备覆盖外包装树脂层3的表面且具有电绝缘性的隔热层15。隔热层15包含第一实施方式所述的金属化合物。金属化合物优选形成为多孔粒子。此外，在外包装树脂层3与阳极端子4和/或阴极端子5的一部分界面存在间隙时，隔热层(未图示)优选以填埋该间隙的方式而形成。此外，也可以如第二实施方式所述那样，外包装树脂层3兼作隔热层来代替设置隔热层15。
阳极端子4和阴极端子5的主面4S和5S从外包装树脂层3的同一面露出。该露出面用于与要搭载电解电容器1的基板(未图示)进行焊接等。
电容器元件2具备阳极体6、覆盖阳极体6的电介质层7和覆盖电介质层7的阴极部8。阴极部8具备覆盖电介质层7的固体电解质层9和覆盖固体电解质层9的阴极引出层10。阴极引出层10具有碳层11和银糊剂层12。
阳极体6包含与阴极部8相对的区域和不与阴极部8相对的区域。在阳极体6的不与阴极部8相对的区域之中，在与阴极部8邻接的部分以带状覆盖阳极体6表面的方式形成有绝缘性的分离层13，其限制了阴极部8与阳极体6的接触。在阳极体6的不与阴极部8相对的区域之中，其它一部分通过焊接而与阳极端子4电连接。阴极端子5借助由导电性粘接剂形成的粘接层14而与阴极部8电连接。
阳极体6可以包含阀作用金属、含有阀作用金属的合金和含有阀作用金属的化合物等。它们可以单独使用，也可以组合使用2种以上。作为阀作用金属，优选使用例如铝、钽、铌、钛。阳极体6的表面为多孔性。这种阳极体6可通过例如利用蚀刻等对包含阀作用金属的基材(箔状或板状的基材等)的表面进行粗面化来获得。
此外，作为阳极体，可以使用包含阀作用金属的烧结体(多孔体)。其中，使用烧结体时，阳极侧的引线部件的一端被埋入烧结体中。这样的烧结体可通过例如将包含阀作用金属的粉末以在该粉末中填埋棒状体的阳极引线的长度方向的一端的状态下进行加压而得到期望形状(例如块状)的成形体后，将成形体烧结来获得。
电介质层7包含阀作用金属的氧化物(例如氧化铝)。电介质层7沿着阳极体6的多孔表面(包括孔的内壁面)形成。电介质层7的表面形成有与阳极体6的表面形状对应的凹凸形状。固体电解质层9优选以填埋这种电介质层7的凹凸的方式而形成。
电介质层7通过例如利用化成处理等对阳极体的表面进行阳极氧化来形成。阳极氧化可以通过公知的方法、例如化成处理等来进行。化成处理可通过例如将阳极体浸渍在化成液中，使化成液浸渗至阳极体的表面，以阳极体作为阳极并对其与浸渍在化成液中的阴极之间施加电压来进行。作为化成液，优选使用例如磷酸水溶液等。
固体电解质层9包含例如锰化合物、导电性高分子。作为导电性高分子，可以使用例如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺和它们的衍生物等。固体电解质层9可以包含掺杂剂。更具体而言，固体电解质层9可以包含作为导电性高分子的聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)和作为掺杂剂的聚苯乙烯磺酸(PSS)。
固体电解质层9可通过例如将原料单体在电介质层上进行化学聚合和/或电解聚合来形成。此外，固体电解质层9可通过使包含导电性高分子的处理液附着于电介质层7后使其干燥来形成。处理液可以进一步包含掺杂剂等其它成分。处理液为导电性高分子的分散液或溶液。作为分散介质(溶剂)，可列举出例如水、有机溶剂或它们的混合物。
碳层11只要具有导电性即可，可使用例如石墨等导电性碳材料来形成。银糊剂层12可以使用例如包含银粉末和粘结剂树脂(环氧树脂等)的组合物来形成。阴极引出层10可通过依次形成碳层11和银糊剂层12来获得。
本发明的电解电容器不限定于图1所示结构的电解电容器，可以应用于各种结构的电解电容器。例如，也可以在将包含阀作用金属的烧结体(多孔体)用作阳极体的电解电容器等中应用本发明。
产业上的可利用性
本发明所述的电解电容器即使在暴露于高温气氛的情况下也可利用于要求高可靠性的各种用途中。
附图标记说明
1：电解电容器、2：电容器元件、3：外包装树脂层、4：阳极端子、5：阴极端子、6：阳极体、7：电介质层、8：阴极部、9：固体电解质层、10：阴极引出层、11：碳层、12：银糊剂层、13：分离层、14：粘接层、15：隔热层。

Claims (9)

1.一种电解电容器，其具备：
电容器元件；
与所述电容器元件电连接的引线部件；
将所述引线部件的一部分和所述电容器元件密封的外包装部件；以及
覆盖所述外包装部件的至少一部分表面且具有电绝缘性的隔热层，
所述电容器元件具备固体电解质，
所述固体电解质包含导电性高分子，
所述隔热层包含金属氧化物和金属氢氧化物中的至少一者，
所述金属氧化物为选自氧化铝、氧化镁、氧化钛和氧化锆中的至少1种，
所述金属氧化物不包括金属氧化物的水合物，
所述金属氧化物和所述金属氢氧化物中的至少一者形成为多孔粒子。
2.根据权利要求1所述的电解电容器，其中，所述金属氢氧化物为氢氧化镁和氢氧化铝中的至少一者。
3.根据权利要求1或2所述的电解电容器，其中，所述隔热层包含所述金属氧化物和所述金属氢氧化物中的至少一者且包含树脂。
4.根据权利要求1所述的电解电容器，其中，所述外包装部件是覆盖所述电容器元件且覆盖所述引线部件的一部分的外包装树脂层，
所述外包装树脂层包含填料，
所述金属氧化物和所述金属氢氧化物中的至少一者的所述多孔粒子比所述填料更为多孔性。
5.根据权利要求1或2所述的电解电容器，其中，所述隔热层的厚度为1μm以上且100μm以下。
6.一种电解电容器，其具备：
电容器元件；
与所述电容器元件电连接的引线部件；以及
覆盖所述电容器元件且覆盖所述引线部件的一部分的外包装树脂层，
所述电容器元件具备固体电解质，
所述固体电解质包含导电性高分子，
所述外包装树脂层包含具有电绝缘性的多孔粒子，
所述多孔粒子由金属氧化物和金属氢氧化物中的至少一者形成，
所述金属氧化物为选自氧化铝、氧化镁、氧化钛和氧化锆中的至少1种，
所述金属氧化物不包括金属氧化物的水合物。
7.根据权利要求6所述的电解电容器，其中，所述外包装树脂层包含填料，
所述多孔粒子比所述填料更为多孔性。
8.根据权利要求6或7所述的电解电容器，其中，所述多孔粒子由金属氧化物形成。
9.根据权利要求7所述的电解电容器，其中，所述外包装树脂层中的所述多孔粒子的含有率相对于所述多孔粒子和所述填料的合计100质量份为20质量份以上且80质量份以下。
CN201780084311.2A 2017-01-31 2017-12-07 电解电容器 Active CN110199368B (zh)

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