CN111919272A - 铝电解电容器用隔膜以及铝电解电容器 - Google Patents
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Abstract
一种夹在一对电极之间的铝电解电容器用隔膜,其孔隙率为65~85%,平均孔径为0.5~25.0μm,克拉克刚度为1~10cm3/100。另外,该隔膜是具备上述结构的无纺布,含有聚酰胺纤维。进一步,通过在固体电解电容器以及混合型电解电容器中使用该隔膜,能够降低初期ESR以及短路故障率,并且,能够提高在严酷的环境下可耐长期使用的可靠性。另外,该隔膜,能够用于铝电解电容器,该铝电解电容器的阴极材料使用导电性高分子。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝电解电容器用隔膜以及使用该隔膜的铝电解电容器。
背景技术
近年,电子设备的小型化、高性能化不断发展,在这些电子设备中使用的电路基板等上安装的部件也需要进一步的小型化、高性能化。
安装于电路基板的部件之一有铝电解电容器,在铝电解电容器中,阴极材料使用导电性高分子的铝固体电解电容器(以下,称作“固体电解电容器”),与阴极材料使用电解液的通常的铝非固体电解电容器(以下,称作“非固体电解电容器”。)相比,频率特性优良,等效串联电阻(以下,称作“ESR”。)小,在需要有高频特性的CPU周围也可以使用。
另外近年,作为阴极材料,电容器制造商的各公司向市场供应将导电性高分子和电解液一起使用的导电性高分子混合型铝电解电容器(以下,称作“混合型电解电容器”。),也被用于以低ESR特性且无短路故障为必须要件的汽车电装设备用途。
如上所述,固体电解电容器以及混合型电解电容器,以PC、家庭用游戏机为首,在需要高耐热性的汽车用电装部件等中都有广泛的应用范围。
固体电解电容器,将电极箔和隔膜重叠并卷曲形成元件卷后,进行电极箔的铝氧化膜的破损部分的修复,以及电极箔的切断面、接头等未化学转化部分的化学转化,形成导电性高分子层,之后插入外壳中并封口,由此进行制作。在混合型电解电容器中,形成导电性高分子层后,进一步含浸电解液,插入外壳中并封口,由此进行制作。
关于在固体电解电容器以及混合型电解电容器中使用的隔膜,提出了使用纤维素系纤维的隔膜、使用合成树脂纤维的隔膜,将纤维素系纤维与合成树脂纤维混合使用的隔膜等。
固体电解电容器以及混合型电解电容器的导电性高分子层,存在使得隔膜含浸导电性高分子的聚合液(导电性高分子的单体溶液和氧化剂溶液)后进行聚合而形成的情况,以及使得隔膜含浸导电性高分子微粒子的水分散液之后,干燥水分而形成的情况。
固体电解电容器,阴极材料使用固体的导电性高分子,因此即使在高温条件下,也不像非固体电解电容器那样因电解液的蒸发而特性劣化。另外,固体电解电容器以及混合型电解电容器的传导机制是电子传导,与离子传导的非固体铝电解电容器相比,响应性更好,因此频率特性良好,ESR也小。因此,可减少接受电流时的电容器的发热。基于这些特征,固体电解电容器以及混合型电解电容器,作为安装于电路基板的电容器,基于低电阻化、提高耐热性等观点,其优点显著。
作为固体电解电容器以及混合型电解电容器的隔膜,在使用仅仅由纤维素系纤维构成的隔膜的情况下,若使用导电性高分子的聚合液,则纤维素会与聚合液的氧化剂反应,消耗氧化剂,因此会妨碍导电性高分子的聚合。另一方面,在使用导电性高分子的水分散液的固体电解电容器中,由于水分散液的粘度非常高,因此隔膜对水分散液的含浸性差。
为了防止这样的与氧化剂的反应,另外,为了提高水分散液的含浸性,纤维素系隔膜,在形成元件卷后,通过在高温下进行加热,从而使隔膜碳化,之后形成导电性高分子层。碳化后的纤维素系隔膜,耐氧化性增强且与聚合液的氧化剂的反应性降低,另外,构成隔膜的纤维素纤维因碳化而变细,隔膜的孔隙增加,因此水分散液的含浸性也提高。
然而,由于进行碳化处理因而制造工时增多,另外步骤也变复杂。此外,碳化处理导致纤维素进行热分解,因此隔膜的物理的强度也降低。
为了解决这样的纤维素系隔膜的技术问题,作为非碳化就能够使用的隔膜,提出了使用合成树脂纤维的隔膜、将纤维素系纤维和合成树脂纤维混合使用的隔膜等。
使用合成树脂纤维的隔膜,通过选择非碳化的,且不会妨碍导电性高分子的聚合,并且考虑了与导电性高分子之间的亲和性的材料,还可提高水分散液的含浸性。进一步,通过选择考虑了与导电性高分子之间的化学稳定性的材料,还能够谋求用于固体电解电容器以及混合型电解电容器时的性能稳定化。
进一步,如上文所述,近年固体电解电容器以及混合型电解电容器在车载用途上的使用也增多。用于汽车的部件,存在处于高温环境并且被施加来自外部的振动和冲击的情况,因此使用的电容器需要有即使在恶劣的环境下也能够长时间地耐受的较高的可靠性。因此,车载用电容器中使用的隔膜,除了高的电气特性以外,还需要有更高的耐热性以及耐振动性。
目前为止,作为使用融点、软化温度、耐氧化性高的合成树脂纤维的固体电解电容器用隔膜,提出了使用聚酯系纤维的隔膜(专利文献1)、使用丙烯酸系纤维的隔膜(专利文献2)、使用聚酰胺系纤维的隔膜(专利文献3和4)等,帮助固体电解电容器的高耐热化。
现有技术文献
专利文献1:日本特开2009-99652
专利文献2:日本特开2006-344742
专利文献3:日本特开2004-165593
专利文献4:日本特开2002-252147
发明内容
发明要解决的技术问题
在专利文献1中,提出了使用由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的隔膜的固体电解电容器。通过使用该隔膜,在寻求更进一步的高容量化、低ESR化、高耐电压化的同时,还能够实现低成本化。然而,在专利文献1那样的使用仅仅由合成短纤维构成的隔膜的固体电解电容器中,致密性不足,对于近年追求的需求,存在短路故障率的降低方面无法令人满意的技术问题。
在专利文献2中,提出了使用含有原纤化丙烯酸纤维的隔膜的电解电容器。还公开了提供一种电解电容器的技术,该电解电容器通过使用该隔膜,在改善短路故障率的同时,能够实现高温下的高耐电压化,即使是相同尺寸也能够提高容量并且改善了ESR。然而,在专利文献2那样的使用含有原纤化纤维的隔膜的固体电解电容器中,隔膜的致密性过高,对于近年追求的需求,存在初期ESR的降低方面无法令人满意的技术问题。
在专利文献3中,提出了使用含有由半芳香族聚氨酯树脂构成的纤维的隔膜的固体电解电容器。还公开了提供固体电解电容器的技术,该固体电解电容器通过使用该隔膜,能够满足电解质的保持性、回流焊接后的高频域的ESR特性。然而,即使在专利文献3那样的使用含浸性优良的隔膜的固体电解电容器中,也期望有更进一步的初期ESR的降低和短路故障率的降低,期望隔膜兼备更近一步的含浸性的提高和致密性的提高。
在专利文献4中,提出了使用以芳纶纤维为主要成分的隔膜的电解电容器。还公开了提供电解电容器的技术,该电解电容器通过使用该隔膜,即使在使得卷曲型的电容器元件含浸电解质之前施加约150℃~约300℃的热处理,电容器元件的隔膜也不会低密度化,可抑制电容器元件的卷偏移,并且能够抑制阳极引线和阴极引线之间的间隔变动。然而,即使在专利文献4那样的使用以芳纶纤维为主要成分的隔膜的固体电解电容器中,致密性也不足,对于近年追求的需求,需要降低短路故障率。
如此,以往的隔膜,存在无法应对近年追求的进一步降低ESR以及降低短路故障率的需求的问题。
另外,近年,随着固体电解电容器以及混合型电解电容器的适用范围的扩大,固体电解电容器以及混合型电解电容器需要更进一步地提高可靠性。
例如,如上文所述,在用于汽车的固体电解电容器中,需要在引擎周围等恶劣的高温环境下,可耐受行驶、引擎的驱动等导致的振动,且没有故障。
本发明,鉴于上述技术问题而完成,其目的在于提供一种隔膜以及使用该隔膜的固体电解电容器以及混合型电解电容器,通过该隔膜用于固体电解电容器以及混合型电解电容器,能够降低初期ESR以及短路故障率,并且,能够提高在恶劣的环境下可耐长时间使用的可靠性。
解决技术问题的方法
为了解决上述技术问题,作为实现上述目的的一方面例如具有以下的结构。
即,夹在一对电极之间的铝电解电容器用隔膜,其特征在于,含有合成树脂纤维,孔隙率为65~85%,平均孔径为0.5~25.0μm,克拉克刚度为1~10cm3/100。
且例如特征在于,所述合成树脂纤维为聚酰胺纤维。
又例如特征在于,所述合成树脂纤维为原纤化纤维。
一种铝电解电容器,其特征在于,使用上述的隔膜作为隔膜。
且例如特征在于,所述铝电解电容器,阴极材料使用导电性高分子。
发明的效果
根据本发明,通过具备解决上述技术问题的结构,可得到具有适当的柔性的隔膜。通过使用该隔膜,能够有利于提高电容器的可靠性。
具体实施方式
以下,详细说明本发明的实施方式。
本申请的发明人,模拟需要耐热性以及耐振动性的用途对固体电解电容器以及混合型电解电容器进行试验时发现,在使用专利文献1~5那样的现有的隔膜的固体电解电容器以及混合型电解电容器中,试验后存在电阻增大的风险。
当对电阻增大的固体电解电容器以及混合型电解电容器进行调查时发现,原因是电容器元件内的导电性高分子崩落,导电性高分子层的连续性有欠缺。可认为这样的原因是,作为固体的导电性高分子层因振动而晃动,并产生了破损。
基于以上的结果,在本发明的实施方式中,着眼于固体电解电容器以及混合型电解电容器的导电性高分子层的连续性,对隔膜的抗弯刚度进行控制。
其结果是,得到了具有适当的柔性的隔膜,通过使用该隔膜的铝电解电容器,能够提供对高温和振动的可靠性提高的铝电解电容器。
在实际的制造步骤中,在卷绕时被施加一定的张力并卷曲的电容器的元件卷,将隔膜和电极箔卷曲后用胶带固定,由此进行制作。因此,构成电容器元件的隔膜和电极箔总是处于被施加了一定的张力的状态,因此在电容器元件上总是施加有从元件卷的内侧朝向外侧进行反作用的力。
本发明人经过深入研究结果发现,汽车电装用部件处于被暴晒这样的高温以及高振动环境下,在高温环境下构成隔膜的材料会发生收缩、脆化等变化,在高振动环境下卷曲状态会发生偏移等变化。还发现,由于对其施加有从元件卷的内侧朝向外侧进行反作用的力,因此在隔膜内部或者在隔膜与箔的界面处,形成的导电性高分子层破损,且其连续性降低。因此发现,通过解决这一点,能够防止形成的导电性高分子层破损,能够防止其连续性降低。
发现,保持有导电性高分子的隔膜,如果在构成隔膜的材料发生收缩、脆化等变化或卷曲状态发生偏移等变化时,也像缓冲部件那样发挥作用使得从元件的内侧朝向外侧进行反作用的力消散,那么在隔膜内部或者在隔膜与箔的界面处形成的导电性高分子不会崩落,能够维持有助于电容器的ESR特性的导电性高分子层的连续性。还发现,为此目的,隔膜需要适当的柔性,隔膜的弹性模量、即抗弯刚度很重要。
通过将抗弯刚度控制在最合适的程度,能够得到具有适当的柔性的隔膜。
另外,在本发明的实施方式中,通过将隔膜的孔隙率控制在65~85%,将平均孔径控制在0.5~25.0μm,隔膜的内部结构不会过于致密,也不会疏松。
导电性高分子的聚合液以及分散液,通过隔膜的纤维结构而被含浸,并进行聚合·干燥,从而在纤维表面形成导电性高分子层。通过使得隔膜的孔隙率以及平均孔径在上述范围内,可确保隔膜内部的纤维彼此的间隙适当,能够连续地形成作为电子传导路径的导电性高分子层。因此,能够得到有助于降低铝电解电容器的初期ESR并降低短路故障率的隔膜。
进一步,连续地形成电子传导路径,也就是减少不利于低ESR化的不连续的导电性高分子。也就是说,以更少量的导电性高分子保持量也容易满足目标初期ESR特性,所以可能有助于减少电容器制造时的工时和减少部材使用量。
通过使得孔隙率、平均孔径、克拉克刚度在规定的范围内,使用具有均匀的纸层结构、并且具有适当的柔性的本发明的隔膜的固体电解电容器以及混合型电解电容器,不仅初期的ESR、短路故障率低,而且即使在高温、高振动这类近年需求的严酷的使用环境下,也能够抑制特性的劣化,能够促进固体电解电容器以及混合型电解电容器的可靠性提高。
进一步,通过在上述的隔膜中含有聚酰胺纤维,能够进一步提高隔膜的耐热性,能够进一步提高使用该隔膜的固体电解电容器以及混合型电解电容器的可靠性。
本发明的实施方式的隔膜,是夹在一对电极之间的铝电解电容器用隔膜,通过将该隔膜的孔隙率控制在65~85%,将平均孔径控制在0.5~25.0μm,将克拉克刚度控制在1~10cm3/100,可得到特别良好的结果。
在本发明的实施方式中,使用克拉克刚度来测量隔膜的刚性。克拉克刚度,对试验片的刚度(刚性)克服试验片的自重而弯曲的力进行测量。
若隔膜的克拉克刚度较高为超过10cm3/100的程度,则意味着隔膜相对于弯曲是钢直的,在卷曲状态下从内侧朝向外侧进行反作用的力过强,无法起到缓冲部件的作用,在高温、高振动环境下导电性高分子会崩落,导电性高分子层的连续性降低。
另一方面,在隔膜的克拉克刚度小于1cm3/100的情况下,虽然详情不明,但是处于紧张状态的元件卷容易松动,与上述同样地无法起到缓冲部件的作用,在高温、高振动环境下导电性高分子会崩落,导电性高分子层的连续性降低。
在电容器的元件卷内部,对于隔膜、电极箔来说,虽然取决于使用的原料本身而强弱会有差异,但是总是被施加有从内侧朝向外侧进行反作用的力。因此,不采用表示外力引起的变形的程度的刚度、刚性的指标,而采用对试验片自身具有的力进行测量的克拉克刚度,因而能够提供优良的隔膜。
另外,隔膜的孔隙率,在65~85%的范围内,更优选在70~80%的范围内。
在孔隙率小于65%的情况下,纤维彼此的间隙会过于致密,导电性高分子的聚合液、分散液的含浸性变差,用于固体电解电容器以及混合型电解电容器时无法降低ESR。另外,有隔膜的表观密度升高,克拉克刚度升高的倾向。
当孔隙率超过85%时,能够充分地含浸导电性高分子的聚合液、分散液,但是只要充分地形成了导电性高分子层,那么电阻降低到一定程度就不会继续降低了,因此无需过量地含浸导电性高分子的聚合液、分散液。此外,过量地含浸导电性高分子的聚合液、分散液,会导致材料使用量增加,电容器的成本会上升。另外,当孔隙率过高时,纤维彼此间的间隙变得过大,含浸时毛细现象难以发挥作用,制作电容器时的生产率降低。又另外,由于致密性低,因此电极箔的毛边等容易贯穿隔膜,存在短路故障率升高的情况。
而且,通过使得隔膜的平均孔径在0.5~25.0μm的范围内,能够确保用于固体电解电容器以及混合型电解电容器时的导电性高分子层的连续性。
在平均孔径小于0.5μm的情况下,由于隔膜过于致密,因此难以含浸导电性高分子的基,难以保证导电性高分子的连续性,无法充分降低初期ESR。另外,当平均孔径超过25.0μm时,隔膜的致密性不足,电极箔的毛边等容易贯穿隔膜,因此无法降低短路故障。
构成隔膜的纤维种类,基于化学稳定性、物理稳定性、处理容易性等,优选含有合成树脂纤维。在合成树脂纤维中,考虑到高耐热性的需求,优选聚酰胺纤维,其中优选芳纶纤维。另外,考虑到耐短路性的需求,使用的纤维优选为原纤化的纤维,只要满足了隔膜的孔隙率、平均孔径、克拉克刚度即可,不特别限定合成树脂纤维有无粘合剂效果。
另外,使用的原纤化纤维的纤维长度,能够是考虑了隔膜的孔隙率、平均孔径、克拉克刚度的任意的纤维长度,但是如果长度加权平均纤维长度在0.3~1.0mm的范围内,并且,0.1~1.2mm的纤维的含有比例为80%以上的纤维含有30质量%以上,那么隔膜的孔隙率、平均孔径、克拉克刚度容易在优选的范围内。使用上述范围的原纤化纤维的隔膜,不会使隔膜过于致密化,能够提高耐短路性。
又另外,考虑隔膜形成时的必要性、处理时的机械强度,例如,能够将聚乙烯醇纤维之类的湿热熔融树脂、聚丙烯酰胺之类的纸力增强剂用作粘合剂材料。只要能够满足所需的隔膜的孔隙率、平均孔径、克拉克刚度,那么粘合剂材料的含有量没有而特别的限制,但是如果达到30质量%左右,则难以对导电性高分子的聚合液、分散液的含浸性产生影响。
片状的材料,通常而言,有厚度越厚则抗弯刚度越高,越薄则刚度越低的倾向。因此,本发明的实施方式的隔膜的厚度,优选在20~70μm的范围内。然而,只要是能够得到所需的克拉克刚度的范围,那么设定为任意厚度也没问题。
在本发明的实施方式中,隔膜的密度,能够是考虑了隔膜孔隙率、平均孔径、克拉克刚度的任意的密度。通常而言,如果是0.20~0.50g/cm3左右的密度,则容易使得隔膜的孔隙率、平均孔径、克拉克刚度在优选的范围内。
在本发明的实施方式例中,隔膜采用使用抄纸法形成的湿式无纺布。隔膜的抄纸方式,只要能够满足孔隙率、平均孔径、克拉克刚度则没有特别的限制,能够使用长网抄纸、短网抄纸、圆网抄纸等抄纸方式。另外,也可以重叠通过这些抄纸法形成的多个层。进一步,在抄纸时,只要是不会影响电容器用隔膜程度的杂质含有量,那么就可以添加分散剂、消泡剂、纸力增强剂等添加剂,在纸层形成后可以进行纸力增强加工、亲液加工、压延加工、压纹加工等后加工。
但是,不仅仅限于通过抄纸法得到的湿式无纺布,在制膜法中使用的通过对纤维分散液进行浇铸从而进行制膜等方法也没有问题。
而且,本实施方式的铝电解电容器,使用上述结构的隔膜作为隔膜,将隔膜夹在一对电极之间,使用导电性高分子作为阴极材料。
使用了采用以上的结构的本发明的实施方式的隔膜的固体电解电容器以及混合型电解电容器,导电性高分子能够充分地含浸,导电性高分子层的连续性也高,进一步,即使在高温、高振动环境下,也能够维持导电性高分子层的连续性。也就是说,不仅初期特性良好,并且即使在严酷的环境下使用也能够维持特性,能够得到可靠性高的电容器。
〔隔膜的特性的测量方法〕
本实施方式的隔膜的各种特性的具体测量,按照以下的条件以及方法进行。
〔厚度〕
使用“JIS C 2300-2‘电气用纤维素纸-第2部:试验方法’5.1厚度”中规定的“5.1.1测量器以及测量方法a使用外侧千分尺的情况”的千分尺,按照“5.1.3折叠纸测量厚度的情况”的折叠10张的方法,测量隔膜的厚度。
〔密度〕
按照“JIS C 2300-2‘电气用纤维素纸-第2部:试验方法’7.0A密度”的B法规定的方法,测量绝对干燥状态的隔膜的密度。
〔孔隙率〕
通过以下的式1,求出隔膜的孔隙率。
(隔膜的真比重-隔膜密度)/隔膜的真比重×100(%) 式1
例如,仅仅由密度0.4g/cm3的纤维素构成的隔膜的孔隙率,如以下的方式求出。
在本实施方式例中,纤维素的真比重选用1.5,代入上述式1,
得到(1.5-0.4)/1.5×100=73.3(%)。
另外例如,含有30质量%的比重1.2的合成树脂纤维、70质量%的比重1.5的纤维素纤维的密度0.45g/cm3的隔膜,隔膜的比重为1.5×0.7+1.2×0.3=1.41。然后代入上述式1,得到孔隙率为(1.41-0.45)/1.41×100=68.1(%)。
〔平均孔径〕
根据使用CFP-1200-AEXL-ESA(PMI(Porous Materials,Inc.)公司制造)通过泡点法(ASTM F316-86,JIS K3832)测量的孔径分布,求出隔膜的平均孔径(μm)。需要说明的是,使用GALWICK(PMI公司制造)作为试验液。
〔克拉克刚度〕
通过“JIS P 8143『纸-刚度试验方法-克拉克刚度试验方法』”中规定的方法,测量隔膜的克拉克刚度。试验片,将制作隔膜的方向(MD)选作长边,长度为250mm,宽度为30mm。
〔长度加权平均纤维长度·0.1~1.2mm的纤维的含有比例〕
长度加权平均纤维长度以及0.1~1.2mm的纤维的含有比例,使用“JIS P 8226-2‘纸浆-光学自动分析法的纤维长度测量方法第2部:非偏振光法’(ISO16065-2‘纸浆-通过自动光学分析测定纤维长度-第2部分:非偏振光法(Pulps-Determination of Fiberlength by automated optical analysis-Part2:Unpolarized light method)’)”中记载的装置,本文中使用kajaaniFiberLab(Metso自动化有限公司制造)测量长度加权平均纤维长度,进一步根据0.05~7.6mm的范围内的长度加权平均纤维长度分布算出0.1~1.2mm的纤维的含有比例。
〔固体电解电容器的制作步骤〕
使用以下示出的各实施例、比较例、现有例的隔膜,制作额定电压35Ⅴ、静电容量100μF、直径10.0mm×高度10.0mm的固体电解电容器,和额定电压80V、静电容量47μF、直径10.0mm×高度10.0mm的固体电解电容器这两种电容器。
具体的制作方法,如下文所述。
夹装隔膜以使得进行了蚀刻处理以及氧化膜形成处理的阳极箔与阴极箔不会接触并进行卷曲,用胶带进行固定制造电容器元件。制作的电容器元件,进行再化学转化处理后,进行干燥。
在额定电压35V的固体电解电容器的情况下,使得电容器元件含浸导电性高分子聚合液后,进行加热·聚合,并干燥溶剂形成导电性高分子。在额定电压80V的固体电解电容器的情况下,使得电容器元件含浸导电性高分子分散液后,进行加热·干燥形成导电性高分子。
接着,将电容器元件装入规定的外壳,对开口部进行封口后,进行熟化,得到各个固体电解电容器。
〔混合型电解电容器的制作步骤〕
使用各实施例、比较例、现有例的隔膜,制造额定电压35V、静电容量270μF、直径10.0mm×高度10.5mm的混合型电解电容器,和额定电压125V、静电容量10μF、直径10.0mm×高度10.5mm的混合型电解电容器这两种电容器。
具体的制作方法,如下文所述。
夹装隔膜以使得进行了蚀刻处理以及氧化膜形成处理的阳极箔和阴极箔不会接触并进行卷曲,用胶带进行固定制作电容器元件。制作的电容器元件,进行再化学转化处理后,进行干燥。
在额定电压35V的混合型电解电容器的情况下,使得电容器元件含浸导电性高分子聚合液后,进行加热·聚合,干燥溶剂形成导电性高分子。在额定电压125V的混合型电解电容器的情况下,使得电容器元件含浸导电性高分子分散液后,进行加热·干燥形成导电性高分子。
接着,使得上述电容器元件含浸驱动用电解液,将电容器元件装入规定的外壳中,对开口部进行封口后,进行熟化,得到各个混合型电解电容器。
〔铝电解电容器的评价方法〕
本实施方式的铝电解电容器的具体的性能评价,按照以下的条件以及方法进行。
〔初期ESR〕
在温度20℃、频率100kHz的条件下使用LCR测试仪对制作的电容器元件的ESR进行测量。
〔短路故障率〕
短路故障率,使用卷曲的电容器元件,对熟化中产生的短路故障个数进行计数,将发生了短路故障的元件数量,除以实施了熟化的电容器元件数量,以百分率计作为短路故障率。
〔高温负荷试验后的ESR上升率〕
在进行150℃、500小时的加热处理后,在温度20℃、频率100kHz的条件使用LCR测试仪测量高温负荷试验后的ESR。
将该高温负荷试验后的ESR,除以高温负荷试验前的ESR,算出高温负荷试验后的ESR上升率。
〔振动试验后的ESR上升率〕
参考“JIS C 60068-2-6 4.17‘环境试验方法-电气·电子-2-6部:正弦波振动试验方法(试验编号:Fc)’”,以频率10~2000Hz、全振幅1.5mm,在振动方向为相互呈直角的3个方向上实施各2小时,合计6小时的振动试验后,在温度20℃、频率100kHz的条件下使用LCR测试仪,测量振动试验后的ESR。
将该振动试验后的ESR,除以振动试验前的ESR,算出振动试验后的ESR上升率。
〔实施例〕
以下,对本发明的实施方式的隔膜的具体实施例等进行说明。
〔实施例1〕
使用混合60质量%的原纤化芳纶纤维、25质量%的原纤化聚芳酯纤维、15质量%的聚乙烯醇的原料进行圆网抄纸,得到实施例1的隔膜。
完成的实施例1的隔膜厚度为60μm,密度为0.200g/cm3,孔隙率为85.0%,平均孔径为12.0μm,克拉克刚度为2.0cm3/100。
〔实施例2〕
使用混合70质量%的原纤化芳纶纤维、20质量%的原纤化聚酰胺酰亚胺纤维、10质量%的聚丙烯酰胺的原料进行圆网抄纸,得到实施例2的隔膜。
完成的实施例2的隔膜厚度为40μm,密度为0.484g/cm3,孔隙率为65.0%,平均孔径为10.0μm,克拉克刚度为8.0cm3/100。
〔实施例3〕
使用混合40质量%的原纤化芳纶纤维、35质量%的原纤化聚对苯撑苯并二噁唑纤维、25质量%的聚乙烯醇的原料进行圆网抄纸,得到实施例3的隔膜。
完成的实施例3的隔膜厚度为35μm,密度为0.284g/cm3,孔隙率为80.0%,平均孔径为17.0μm,克拉克刚度为4.0cm3/100。
〔实施例4〕
使用100质量%原纤化芳纶纤维的原料进行圆网抄纸,得到实施例4的隔膜。
完成的实施例4的隔膜厚度为30μm,密度为0.420g/cm3,孔隙率为70.0%,平均孔径为8.0μm,克拉克刚度为7.5cm3/100。
〔实施例5〕
使用混合40质量%的原纤化芳纶纤维、60质量%的原纤化丙烯酸纤维的原料进行圆网抄纸,得到实施例5的隔膜。
完成的实施例5的隔膜厚度为50μm,密度为0.215g/cm3,孔隙率为83.0%,平均孔径为25.0μm,克拉克刚度为9.0cm3/100。
〔实施例6〕
使用混合85质量%的原纤化芳纶纤维、和15质量%的聚丙烯酰胺的原料进行圆网抄纸,得到实施例6的隔膜。
完成的实施例6的隔膜厚度为45μm,密度为0.405g/cm3,孔隙率为70.4%,平均孔径为0.5μm,克拉克刚度为5.0cm3/100。
〔实施例7〕
使用混合40质量%的原纤化芳纶纤维、40质量%的原纤化丙烯酸纤维、20质量%的聚乙烯醇的原料进行圆网抄纸,得到实施例7的隔膜。
完成的实施例7的隔膜厚度为70μm,密度为0.378g/cm3,孔隙率为70.6%,平均孔径为20.0μm,克拉克刚度为10.0cm3/100。
〔实施例8〕
使用混合50质量%的原纤化芳纶纤维、45质量%的原纤化纤维素纤维、5质量%的聚乙烯醇的原料进行圆网抄纸,得到实施例8的隔膜。
完成的实施例8的隔膜厚度为20μm,密度为0.269g/cm3,孔隙率为81.3%,平均孔径为12.0μm,克拉克刚度为1.0cm3/100。
〔实施例9〕
使用混合30质量%的原纤化芳纶纤维、和70质量%的原纤化纤维素纤维的原料进行圆网抄纸,得到实施例9的隔膜。
完成的实施例9的隔膜厚度为40μm,密度为0.354g/cm3,孔隙率为75.9%,平均孔径为5.0μm,克拉克刚度为7.0cm3/100。
〔实施例10〕
使用混合70质量%的原纤化芳纶纤维、和30质量%的聚乙烯醇的原料进行圆网抄纸,得到实施例10的隔膜。
完成的实施例10的隔膜厚度为30μm,密度为0.304g/cm3,孔隙率为77.6%,平均孔径为2.0μm,克拉克刚度为1.5cm3/100。
〔参考例〕
使用混合65质量%的原纤化芳纶纤维、和35质量%的聚乙烯醇的原料进行圆网抄纸,得到参考例的隔膜。
完成的参考例的隔膜厚度为30μm,密度为0.325g/cm3,孔隙率为75.9%,平均孔径为1.8μm,克拉克刚度为2.0cm3/100。
〔比较例1〕
使用混合50质量%的原纤化芳纶纤维、45质量%的原纤化纤维素纤维、5质量%的聚乙烯醇的原料进行圆网抄纸,得到比较例1的隔膜。
完成的比较例1的隔膜厚度为50μm,密度为0.246g/cm3,孔隙率为82.9%,平均孔径为30.0μm,克拉克刚度为5.0cm3/100。
〔比较例2〕
使用混合85质量%的原纤化芳纶纤维、15质量%的聚丙烯酰胺的原料进行圆网抄纸,得到比较例2的隔膜。
完成的比较例2的隔膜厚度为15μm,密度为0.303g/cm3,孔隙率为78.0%,平均孔径为0.1μm,克拉克刚度为0.5cm3/100。
〔比较例3〕
使用混合20质量%的原纤化芳纶纤维、和80质量%的原纤化纤维素纤维的原料进行圆网抄纸,得到比较例3的隔膜。
完成的比较例3的隔膜厚度为75μm,密度为0.421g/cm3,孔隙率为71.6%,平均孔径为22.0μm,克拉克刚度为15.0cm3/100。
〔现有例1〕
按照与专利文献1的实施例1公开的方法相同的方法制造隔膜,作为现有例1的隔膜。
现有例1的隔膜由100质量%的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维构成,厚度为40μm,密度为0.450g/cm3,孔隙率为67.4%,平均孔径为27.0μm,克拉克刚度为0.8cm3/100。
〔现有例2〕
按照与专利文献2的实施例1公开的方法相同的方法制造隔膜,作为现有例2的隔膜。
现有例2的隔膜含有90质量%的原纤化丙烯酸纤维和10质量%的均质丙烯酸纤维,厚度为40μm,密度为0.550g/cm3,孔隙率为53.4%,平均孔径为3.0μm,克拉克刚度为11.0cm3/100。
〔现有例3〕
按照与专利文献3的实施例1公开的方法同样的方法制造隔膜,作为现有例3的隔膜。
现有例3的隔膜含有70质量%的尼龙9MT纤维和30质量%的聚乙烯醇,厚度为40μm,密度为0.273g/cm3,孔隙率为79.7%,平均孔径为26.0μm,克拉克刚度为13.0cm3/100。
〔现有例4〕
按照与专利文献4的实施例1公开的方法相同的方法制隔膜,作为现有例4的隔膜。
现有例4的隔膜由100质量%的芳纶纤维构成,厚度为40μm,密度为0.180g/cm3,孔隙率为87.1%,平均孔径为18.0μm,克拉克刚度为14.0cm3/100。
上文记载的实施例1~10、参考例、比较例1~3、现有例1~4的各隔膜的原材料和配比在表1中示出,各隔膜个体的评价结果在表2中示出。
表1是上文说明的实施例1~10、参考例、比较例1~3、现有例1~4的各隔膜的原材料和配比例。
【表1】
表2是示出上文说明的实施例1~10、参考例、比较例1~3、现有例1~4的各隔膜的评价结果的表。
【表2】
使用各实施例、参考例、各比较例、各现有例的隔膜制作的铝电解电容器,被制作成低电压用的额定电压35V的固体电解电容器,和高电压用的额定电压80V的固体电解电容器。
另外,作为混合型电解电容器,制作了低电压用的额定电压35V的电容器和高电压用的额定电压125V的电容器。
另外,使用上述各隔膜的固体电解电容器的性能评价结果在表3中示出,使用上述各隔膜的混合型电解电容器的性能评价结果在表4中示出。
表3是示出使用实施例1~10、参考例、比较例1~3、现有例1~4的各隔膜的固体电解电容器的性能评价结果的表。
【表3】
表4是示出使用实施例1~10、参考例、比较例1~3、现有例1~4的各隔膜的混合型电解电容器的性能评价结果的表。
【表4】
以下,对使用各实施例、参考例、各比较例、各现有例的隔膜的电解电容器的评价结果进行详细说明。
〔使用实施例1的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为22mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.3%,振动试验后的ESR的变化率为1.7%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为44mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.8%,振动试验后的ESR的变化率为1.8%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为23mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为4.0%,振动试验后的ESR的变化率为1.5%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为88mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后ESR上升率为3.2%,振动试验后的ESR的变化率为1.2%。
〔使用实施例2的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为23mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.1%,振动试验后的ESR的变化率为4.4%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为45mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.1%,振动试验后的ESR的变化率为3.6%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为23mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.0%,振动试验后的ESR的变化率为3.1%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为87mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后ESR上升率为3.0%,振动试验后的ESR的变化率为4.3%。
〔使用实施例3的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为19mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为4.0%,振动试验后的ESR的变化率为1.5%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为40mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.4%,振动试验后的ESR的变化率为1.3%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为20mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.8%,振动试验后的ESR的变化率为1.8%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为80mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后ESR上升率为3.5%,振动试验后的ESR的变化率为1.1%。
〔使用实施例4的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为20mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.8%,振动试验后的ESR的变化率为2.0%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为39mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.6%,振动试验后的ESR的变化率为1.2%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为20mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.6%,振动试验后的ESR的变化率为1.4%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为79mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后ESR上升率为2.8%,振动试验后的ESR的变化率为1.4%。
〔使用实施例5的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为22mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.7%,振动试验后的ESR的变化率为4.9%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为44mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.1%,振动试验后的ESR的变化率为4.3%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为22mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.3%,振动试验后的ESR的变化率为4.1%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为87mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后ESR上升率为3.0%,振动试验后的ESR的变化率为4.3%。
〔使用实施例6的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为20mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.6%,振动试验后的ESR的变化率为1.6%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为40mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.8%,振动试验后的ESR的变化率为1.5%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为19mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.5%,振动试验后的ESR的变化率为1.5%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为80mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后ESR上升率为3.1%,振动试验后的ESR的变化率为1.6%。
〔使用实施例7的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为19mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.6%,振动试验后的ESR的变化率为4.6%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为40mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.8%,振动试验后的ESR的变化率为4.3%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为20mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.9%,振动试验后的ESR的变化率为4.5%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为79mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后ESR上升率为3.2%,振动试验后的ESR的变化率为4.2%。
〔使用实施例8的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为22Ω,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.3%,振动试验后的ESR的变化率为3.4%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为44mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.8%,振动试验后的ESR的变化率为3.8%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为22mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.8%,振动试验后的ESR的变化率为3.5%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为87mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后ESR上升率为3.9%,振动试验后的ESR的变化率为4.2%。
〔使用实施例9的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为19mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.1%,振动试验后的ESR的变化率为1.8%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为39mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.8%,振动试验后的ESR的变化率为2.0%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为19mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.6%,振动试验后的ESR的变化率为1.0%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为79mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后ESR上升率为3.1%,振动试验后的ESR的变化率为1.9%。
〔使用实施例10的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为19mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.5%,振动试验后的ESR的变化率为1.5%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为39mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.0%,振动试验后的ESR的变化率为1.6%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为19mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.4%,振动试验后的ESR的变化率为1.5%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为79mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后ESR上升率为2.1%,振动试验后的ESR的变化率为1.0%。
〔使用参考例的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为25mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.3%,振动试验后的ESR的变化率为1.3%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为48mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.9%,振动试验后的ESR的变化率为1.9%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为26mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.5%,振动试验后的ESR的变化率为1.1%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为95mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后ESR上升率为2.5%,振动试验后的ESR的变化率为1.8%。
〔使用比较例1的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为23mΩ,短路故障率为1.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.7%,振动试验后的ESR的变化率为1.4%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为45mΩ,短路故障率为1.2%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.7%,振动试验后的ESR的变化率为1.5%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为23mΩ,短路故障率为1.1%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.8%,振动试验后的ESR的变化率为1.1%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为88mΩ,短路故障率为1.0%,高温负荷试验后ESR上升率为2.1%,振动试验后的ESR的变化率为1.9%。
〔使用比较例2的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为28mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.4%,振动试验后的ESR的变化率为15.0%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为52mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.1%,振动试验后的ESR的变化率为18.1%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为29mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.6%,振动试验后的ESR的变化率为23.7%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为104mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后ESR上升率为3.6%,振动试验后的ESR的变化率为16.1%。
〔使用比较例3的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为20mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.9%,振动试验后的ESR的变化率为15.7%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为40mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.1%,振动试验后的ESR的变化率为16.2%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为20mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.4%,振动试验后的ESR的变化率为22.4%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为80mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后ESR上升率为3.8%,振动试验后的ESR的变化率为23.9%。
〔使用现有例1的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为20mΩ,短路故障率为1.1%,高温负荷试验后的ESR的变化率为17.0%,振动试验后的ESR的变化率为15.3%。
额定电压80V的固体电解电容器は,初期ESR为40mΩ,短路故障率为1.1%,高温负荷试验后的ESR的变化率为23.2%,振动试验后的ESR的变化率为15.7%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为20mΩ,短路故障率为1.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为17.2%,振动试验后的ESR的变化率为20.6%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为80mΩ,短路故障率为1.2%,高温负荷试验后ESR上升率为23.3%,振动试验后的ESR的变化率为20.3%。
〔使用现有例2的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为28mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为15.6%,振动试验后的ESR的变化率为14.5%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为53mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为19.4%,振动试验后的ESR的变化率为16.2%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为28mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为23.9%,振动试验后的ESR的变化率为17.4%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为105mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后ESR上升率为20.8%,振动试验后的ESR的变化率为19.3%。
〔使用现有例3的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为25mΩ,短路故障率为0.5%,高温负荷试验后的ESR的变化率为10.3%,振动试验后的ESR的变化率为14.4%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为48mΩ,短路故障率为0.5%,高温负荷试验后的ESR的变化率为10.5%,振动试验后的ESR的变化率为19.2%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为26mΩ,短路故障率为0.5%,高温负荷试验后的ESR的变化率为10.8%,振动试验后的ESR的变化率为15.2%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为96mΩ,短路故障率为0.5%,高温负荷试验后ESR上升率为10.6%,振动试验后的ESR的变化率为17.0%。
〔使用现有例4的隔膜的电解电容器〕
<固体电解电容器>
额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为20mΩ,短路故障率为1.2%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.3%,振动试验后的ESR的变化率为19.3%。
额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为40mΩ,短路故障率为1.1%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.6%,振动试验后的ESR的变化率为15.1%。
<混合型电解电容器>
额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为20mΩ,短路故障率为1.2%,高温负荷试验后的ESR的变化率为3.4%,振动试验后的ESR的变化率为20.1%。
额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为80mΩ,短路故障率为1.0%,高温负荷试验后ESR上升率为3.7%,振动试验后的ESR的变化率为15.7%。
根据表3以及上文可知,使用实施例1~10的隔膜的额定电压35V的固体电解电容器,初期ESR为19~23mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.1~4.0%,振动试验后的ESR的变化率较低为1.5~4.9%。
使用相同隔膜的额定电压80V的固体电解电容器,初期ESR为39~45mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.0~3.8%,振动试验后的ESR的变化率较低为1.2~4.3%。
另外,根据表4以及上文可知,在使用实施例1~10的隔膜的额定电压35V的混合型电解电容器,初期ESR为19~23mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.0~4.0%,振动试验后的ESR的变化率较低为1.0~4.5%。
使用相同隔膜的额定电压125V的混合型电解电容器,初期ESR为79~88mΩ,短路故障率为0.0%,高温负荷试验后的ESR的变化率为2.1~3.9%,振动试验后的ESR的变化率较低为1.0~4.3%。
实施例1~10的隔膜的孔隙率为65~85%,平均孔径为0.5~25.0μm,克拉克刚度为1~10cm3/100。由此可知,通过使得隔膜的孔隙率、平均孔径、克拉克刚度在上述范围内,可成为使用原纤化纤维的致密的隔膜,并且能够维持隔膜的含浸性,且能够赋予隔膜以适当的柔性。
即,在使隔膜维持屏蔽性的情况下,能够连续地形成导电性高分子层,因此能够改善电容器的初期ESR特性以及短路故障率,并且,即使在严酷的使用环境下也能够抑制特性的劣化。
使用参考例的隔膜的固体电解电容器以及混合型电解电容器,与各实施例相比,初期ESR升高。可认为其原因是,参考例的隔膜含有35质量%的聚乙烯醇纤维作为粘合剂材料,聚乙烯醇以填埋构成隔膜的纤维之间的间隙的方式进行膜状化,因此阻碍了导电性高分子的聚合液、分散液的含浸,导电性高分子层的连续性略微降低。根据实施例10与参考例的比较可知,如果湿热熔融树脂、纸力增强剂等粘合剂材料不超过30质量%,则能够降低电容器的ESR。
比较例1的隔膜,平均孔径较大为30.0μm。使用比较例1的隔膜的固体电解电容器以及混合型电解电容器,与各实施例相比,短路故障率升高。可认为其原因是,比较例1的隔膜的平均孔径大,隔膜的致密性不足,因此电极箔的毛边等容易贯穿隔膜,耐短路性降低。根据各实施例与比较例1的比较可知,隔膜的平均孔径优选为25.0μm以下。
比较例2的隔膜,平均孔径为0.1μm,克拉克刚度为0.5cm3/100。使用比较例2的隔膜的固体电解电容器以及混合型电解电容器,与各实施例相比,初期ESR高,振动试验后的ESR的变化率升高。
可认为这是由于,比较例2的隔膜的平均孔径小,隔膜过于致密,因此阻碍了导电性高分子的聚合液、分散液的含浸,导电性高分子的连续性低下,因此初期ESR升高。另外,由于克拉克刚度低,因此处于紧张状态的元件卷容易松动,隔膜无法发挥作为缓冲部件的作用,在振动环境下导电性高分子会崩落,导电性高分子层的连续性会降低。根据比较例2与各实施例的比较可知,平均孔径优选为0.5μm以上,克拉克刚度优选为1cm3/100以上。
比较例3的隔膜,克拉克刚度为15.0cm3/100。使用比较例3的隔膜的固体电解电容器以及混合型电解电容器,振动试验后的ESR的变化率升高。可认为这是由于,比较例2的隔膜的克拉克刚度高,在卷曲状态下状態从元件卷的内侧朝向外侧反作用的力过强,隔膜无法发挥缓冲部件的作用,在振动环境下导电性高分子崩落,导电性高分子的连续性降低。根据比较例3和各实施例可知,克拉克刚度优选为10cm3/100以下。
与使用现有例1的隔膜的固体电解电容器以及混合型电解电容器的性能进行比较,各实施例的短路故障率、高温负荷试验后的ESR的变化率、振动试验后的ESR的变化率更低。可认为,现有例1的隔膜,平均孔径较大为27.0μm,克拉克刚度较低为0.8cm3/100,隔膜的致密性的不足,元件卷的松动引起导电性高分子的崩落,这是无法实现短路故障率的降低和振动试验后的ESR的变化率的降低的原因。
进一步,现有例1的隔膜,仅仅由作为非原纤化纤维的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维构成,致密性以及耐热性不足,这是无法实现短路故障率的降低和高温负荷试验后的ESR的变化率的降低的原因。
与使用现有例2的隔膜的固体电解电容器以及混合型电解电容器的性能进行比较,各实施例的初期ESR、高温负荷试验后的ESR的变化率、振动试验后的ESR的变化率更低。可认为,现有例2的隔膜,孔隙率较低为53.4%,克拉克刚度较高为11.0cm3/100,因此纤维彼此间的间隙过于致密,导电性高分子的聚合液、分散液的含浸性变差,在卷曲状态下从元件卷的内侧朝向外侧反作用的力过强,这是无法实现初期ESR的降低和振动试验后的ESR的变化率的降低的原因。
进一步可认为,现有例2的隔膜,由原纤化丙烯酸纤维和均质丙烯酸纤维构成,耐热性不足,这是无法实现高温负荷试验后的ESR的变化率的降低的原因。
与使用现有例3的隔膜的固体电解电容器以及混合型电解电容器的性能进行比较,各实施例的初期ESR、短路故障率、高温负荷试验后的ESR的变化率、振动试验后的ESR的变化率均更低。可认为,现有例3的隔膜,平均孔径较大为26.0μm,克拉克刚度较高为13.0cm3/100,因此隔膜的致密性不足,并且在卷曲状态下从元件卷的内侧朝向外侧进行反作用的力过强,这是无法实现短路故障率的降低和振动试验后的ESR的变化率的降低的原因。
进一步可认为,现有例3的隔膜,含有作为非原纤化纤维的尼龙9MT纤维,因此含浸性、致密性以及耐热性不足,这是无法实现初期ESR的降低、短路故障率的降低以及高温负荷试验后的ESR的变化率的降低的原因。
与使用现有例4的隔膜的固体电解电容器以及混合型电解电容器的性能进行比较,各实施例的短路故障率、振动试验后的ESR的变化率均更低。可认为,现有例4的隔膜,孔隙率较高为87.1%,克拉克刚度较高为14.0cm3/100,因此隔膜的致密性不足,并且在卷曲状态下从元件卷的内侧向外侧进行反作用的力过强,这是无法实现短路故障率的降低和振动试验后的ESR的变化率的降低的原因。进一步可认为,现有例4的隔膜,仅仅由非原纤化纤维的芳纶纤维构成,致密性不足,也是无法实现短路故障率的降低的原因。
而且,根据各实施例、参考例、各比较例以及各现有例的比较可知,隔膜的孔隙率优选在65~85%的范围内。进一步,根据实施例3、4、6、7、9以及10可知,孔隙率更优选在70~80%的范围内。
此外,根据各实施例、参考例、各比较例以及各现有例的比较可知,隔膜的克拉克刚度优选在1~10cm3/100的范围内。又另外,根据实施例1、3、4、6、9、10、参考例1、比较例1可知,克拉克刚度更优选在1.5~7.0cm3/100的范围内。
如上文所说明的,根据本发明的实施方式,通过将隔膜的孔隙率控制在65~85%,将平均孔径控制在0.5~25.0μm,将克拉克刚度控制在1~10cm3/100,能够制造具有均匀的纸层结构,并且具有适当的柔性的隔膜,使用本发明的隔膜的固体电解电容器,不仅初期的ESR、短路故障率低,而且在高温、高振动之类的近年需求的严酷的使用环境下,也能够抑制特性的劣化,能够帮助提高固体电解电容器以及混合型电解电容器的可靠性。
Claims (5)
1.一种铝电解电容器用隔膜,其夹在一对电极之间,其特征在于,
含有合成树脂纤维,孔隙率为65~85%,平均孔径为0.5~25.0μm,克拉克刚度为1~10cm3/100。
2.如权利要求1所述的铝电解电容器用隔膜,其特征在于,所述合成树脂纤维为聚酰胺纤维。
3.如权利要求1或2所述的铝电解电容器用隔膜,其特征在于,所述合成树脂纤维为原纤化纤维。
4.一种铝电解电容器,其特征在于,使用了如权利要求1~3中任一项所述的隔膜。
5.如权利要求4所述的铝电解电容器,其特征在于,阴极材料使用导电性高分子。
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