CN1246719A - 电解电容器驱动用电解液和使用该电解液的电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明使用一种通过向溶剂中溶解入由下述结构式表示的硼酸酯和/或其盐而形成的电解液作为电解电容器驱动用电解液。其中,Rt是CH3或H2;R1、R2、R3是－CH2O、－C2H4O、－C3H6O或－C4H8O;K、l、m是任意的自然数。
Description
本发明涉及电解电容器驱动用电解液和使用该电解液的电解电容器。
迄今为止，作为电解电容器驱动用电解液(以下称为电解液)的溶质，一般都是使用硼酸或硼酸铵。它们的形成性较好，因此长期以来一直被用于高压电容器中。然而，由于硼酸或硼酸铵在其分子内具有缩合水，因此在高温下，特别是在100℃以上工作的电解电容器中不能使用。
作为非水类电解液的溶质，已知的有：壬二酸、丁基辛二酸(特公昭60-13293号公报)、5，6-癸烷二羧酸(特公昭63-15738号公报)、具有侧链的二元酸(日本专利登记第2681202号)等二元酸及其盐。由于这些有机酸能够降低电解液中的水分，因此即使在100℃以上的环境中也能抑制由于内压上升而引起的电解电容器的泄漏。另外，为了达到改善跳火电压和形成性的目的，已知可以使用聚乙二醇(特公平3-76776号公报)、聚甘油(特公平7-70443号公报)、亚烷基嵌段共聚物(日本专利登记第2731241号)等表面活性剂。
另一方面，特别是近年来，人们对高调波对策回路或车辆中使用的电解电容器提出了耐高压、耐高温和长寿命的要求。对于那些以上述有机酸或其盐作为溶质，并添加有表面活性剂的现有电解液来说，难以满足这些要求。另外，在形成工序以外的其他工序中，在要提高跳火电压的情况下，上述的现有电解液难以使用，这是其存在的问题。
本发明的目的是提供一种能够向电解电容器赋予高耐压、高耐热和长寿命的电解电容器驱动用电解液及使用该电解液的电解电容器。
本发明是一种电解液，其构成是向溶剂中溶解入
(a)由下述通式(1)、(2)或(3)表示的硼酸酯和/或其盐Rt-〔(R1)1-O-B-(OH)-O〕k-H (1)Rt-〔(R1)1-O-B-(OH)-O-(R2)n〕k-Rt (2)
其中，Rt是CH3或H，R1、R2、R3是-CH2O、-C2H4O、-C3H6O或-C4H8O，K、L、m为任意的自然数，或者，
(b)含有硼酸或硼酸铵等无机酸和/或有机酸，而且溶解入由上述通式(1)、(2)、(3)表示的硼酸酯或其盐。
另外，本发明的电解电容器是使用上述电解液的电容器。
图1是表示本发明实施方案5、9、10中的电解液和对比例3、4中的电解液在形成时的跳火电压的特性图。
图2是表示电解电容器的电容器元件结构的斜示图。
下面对本发明的一个实施方案进行解释。
首先在表1中列出由上述通式(1)、(2)、(3)表示的硼酸酯的具体化合物。如表1所示，上述硼酸酯可以选择许多种取代基，因此，电解液的粘度、熔点等的物理特性可以根据该电解液的用途自由地选择。应予说明，表1中示出的结构式只是上述(1)、(2)、(3)所示一般结构的一部分，在表1以外的所有结构都可以采用。
表1
接着在表2中示出使用表1所示硼酸酯的电解液的特性。在表2中，(A)、(B)、(C)、(D)皆为对比例。
表2
| 实施方案 | 组成物质 | 组分比，重量％ | 电导率(mS/cm) | 跳火电压(V) |
| 1 | 乙二醇表1的No.1氨水 | 77203 | 0.95 | 580 |
| 2 | 乙二醇表1的No.1硼酸铵氨水 | 722053 | 0.92 | 585 |
| 3 | 乙二醇表1的No.2硼酸铵氨水 | 663022 | 0.83 | 590 |
| 4 | 乙二醇表1的No.3氨水 | 72253 | 0.80 | 590 |
| 5 | 乙二醇表1的No.5氨水 | 77203 | 0.77 | 605 |
| 6 | 乙二醇表1的No.8氨水 | 77203 | 0.75 | 600 |
| 7 | 乙二醇表1的No.10氨水 | 77203 | 0.79 | 600 |
| 8 | 乙二醇表1的No.8氨水 | 77203 | 0.72 | 605 |
| 9 | 乙二醇表1的No.4硼酸氨水 | 692083 | 0.73 | 610 |
| 10 | 乙二醇表1的No.4氨水甘露糖醇 | 772033 | 0.70 | 625 |
| 11 | 乙二醇表1的No.6氨水1，7辛烷二羧酸铵(1，7-ODCA) | 7220310 | 1.4 | 560 |
| 12 | 乙二醇表1的No.7氨水甘露糖醇硼酸铵1，7-ODCA | 67203325 | 1.2 | 590 |
| (A) | 乙二醇壬二酸铵水 | 87103 | 3.4 | 390 |
| (B) | 乙二醇1，7-ODCA水 | 87103 | 2.5 | 430 |
| (C) | 乙二醇硼酸铵硼酸 | 801010 | 1.0 | 510 |
| (D) | 乙二醇硼酸铵硼酸聚甘油 | 7510105 | 0.9 | 540 |
如表2所示，本发明的硼酸酯类的形成性是优良的，能够获得高的跳火电压。另外，本发明的硼酸酯类的电导率虽然达不到以往有机酸的水平，但是能维持与硼酸、硼酸铵同等的水平。但是，如表2的实施方案所示，当本发明的硼酸酯类与有机酸或其盐并用时，就能在维持电导率的条件下飞跃地提高跳火电压。
另外，图1示出了表2中的实施方案5、9、10和对比例3、4的跳火电压特性。从图1可以看出，与对比例3、4相比，本发明的实施方案5、9、10的形成性良好，能够获得高的跳火电压。其原因是由于在使用本发明的电解液时，覆膜具有良好修复性的缘故。
下面示出在将本发明的电解液用于电解电容器时的例子。通常电解电容器如图2所示那样，由铝制阳极箔1和铝制阴极箔2通过介于二者之间的隔膜3面对面地卷起来而构成元件。另外，在阳极箔1和阴极箔2上分别接上引出导线4。用电解液含浸具有这样结构的元件，然后将该元件封装入铝壳等壳体内，使用橡胶等密封部件将其密封，这样便构成了电解电容器。
使用表2中所示的本发明的电解液与现有电解液来制备具有图2所示结构的电解电容器各20个，对其进行寿命试验。结果示于表3中。表3的编号与表1编号的试样相对应。应予说明，此处所用的铝质电解电容器额定值每个都为500WV100μF，试验温度为105℃
表3
| No | 初期特性 | 105℃波纹叠加负荷3000小时后 | ||||
| Tanδ(％) | LC(μA) | ΔC(％) | Tanδ(％) | LC(μA) | 外观状况 | |
| 1 | 4.3 | 23 | -0.3 | 5.3 | 10 | 无异常 |
| 2 | 4.6 | 21 | -0.1 | 5.5 | 10 | 无异常 |
| 3 | 4.8 | 20 | -0.2 | 5.7 | 10 | 无异常 |
| 4 | 4.9 | 20 | -0.2 | 5.8 | 10 | 无异常 |
| 5 | 5.1 | 18 | -0.1 | 5.9 | 9 | 无异常 |
| 6 | 4.9 | 22 | -0.1 | 5.7 | 10 | 无异常 |
| 7 | 5.0 | 19 | -0.2 | 5.8 | 9 | 无异常 |
| 8 | 5.2 | 18 | -0.1 | 5.9 | 8 | 无异常 |
| 9 | 5.3 | 18 | -0.2 | 5.9 | 8 | 无异常 |
| 10 | 5.4 | 17 | -0.1 | 6.0 | 7 | 无异常 |
| 11 | 3.5 | 19 | -0.1 | 4.3 | 11 | 无异常 |
| 12 | 4.0 | 20 | -0.1 | 4.8 | 10 | 无异常 |
| (A) | 由于蚀刻时全部短路、击穿而无法试验 | |||||
| (B) | 由于蚀刻时全部短路、击穿而无法试验 | |||||
| (C) | 由于蚀刻时全部短路、击穿而无法试验 | |||||
| (D) | 4.5 | 52 | 由于试验中产生气体而全部泄漏 | |||
由图3可以看出，使用本发明电解液的电解电容器不会由于通过制造时的蚀刻工序和寿命试验而发生短路、击穿等不利情况。该结果也是导致跳火电压如此高的本发明电解液的特征的原因。另外，在试验后的容量变化率、tanδ变化、泄漏电流(LC)、外观变化等特性的变化也很少。其结果，可以获得可靠性高的电解电容器。
进而，在实施方案9、10中在将电解电容器的额定值提高到550V的条件下再进行研究。寿命试验的结果示于表4中。此处所用每个电解电容器的额定值皆为550WV 150μF，所用的试验温度为105℃。
表4
| No | 初期特性 | 105℃波纹叠加负荷3000小时后 | ||||
| Tanδ(％) | LC(μA) | ΔC(％) | Tanδ(％) | LC(μA) | 外观状况 | |
| 9 | 5.3 | 26 | -0.3 | 6.3 | 7 | 无异常 |
| 10 | 5.4 | 23 | -0.1 | 6.0 | 6 | 无异常 |
从表4可以看出，使用本发明电解液的电解电容器尽管是在550V电压下进行评价，但是在通过蚀刻工序和寿命试验之后皆没有发生短路、击穿等不利情况。另外，在试验后的容量变化率、tanδ变化、泄漏电流(LC)、外观变化等特性的变化也很少，从而可以获得可靠性高的电解电容器。
另外，在实施方案9、10、11、12中，为了确认高温稳定性，在125℃的试验温度下进行了寿命试验。结果示于表5中。此处所用每个电解电容器的额定值皆为550WV 150μF，对每一种电解液皆进行20个试验。
表5
| No | 初期特性 | 105℃波纹叠加负荷3000小时后 | ||||
| Tanδ(％) | LC(μA) | ΔC(％) | Tanδ(％) | LC(μA) | 外观状况 | |
| 9 | 5.0 | 12 | -0.3 | 7.3 | 6 | 无异常 |
| 10 | 5.1 | 13 | -0.1 | 7.0 | 6 | 无异常 |
| 11 | 3.2 | 15 | -0.3 | 5.3 | 6 | 无异常 |
| 12 | 3.7 | 11 | -0.1 | 5.7 | 6 | 无异常 |
从表5可以看出，本发明的电解液尽管在125℃这样高温度的环境中进行评价，但在寿命试验后也没有发生短路击穿等不利情况。另外，在试验后的容量变化率、tanδ变化、泄漏电流(LC)、外观变化等特性的变化也很少，从而可以获得可靠性高的电解电容器。
作为可以用于本发明电解液中的化合物，可以举出：塔罗糖醇、双脱水山梨糖醇、甘露糖醇、艾杜糖醇、阿洛糖醇、卫矛醇、木糖醇、季戊四醇、木糖、阿拉伯糖、核酮糖、木酮糖、来苏糖等己糖醇类、戊糖类等。这些化合物的效果与实施方案10的甘露糖醇等同。另外，上述的己糖醇类存在右旋体、左旋体、内消旋体等立体异构体，但是这些立体异构体的效果没有什么差别。另外，己糖醇类、戊糖类和甘油等多元醇类可以同时添加其中1种以上的化合物。
应予说明，虽然上述本发明实施方案的溶剂全部都是乙二醇，但是，作为除此以外的溶剂，也可以使用酰胺类、内酯类、二醇类、硫化合物类、碳酸酯类，它们可以单独使用或混合使用。其中，作为优选溶剂例，可以举出：碳酸亚丙酯、二甲基甲酰胺、N-甲基甲酰胺、γ-丁内酯、N-吡咯烷酮、二甲亚砜、乙撑氰基茚满酮、乙二醇、乙二醇单或双烷基醚等。如果使用这些化合物中的至少一种以上，则可以获得与上述本发明实施方案同样的效果。
另外，作为适用于本发明电解液中的有机酸类，可以举出：壬二酸、己二酸、戊二酸、苯二甲酸、马来酸、苯甲酸、5，6-癸烷二羧酸、1，6-癸烷二羧酸等。另外，作为上述有机酸的盐，可以使用铵盐、胺盐、脒类盐等。这些有机酸和/或它们的盐，既可以单独使用，也可以根据用途，将两种以上混合使用。
如上所述，本发明中所述的电解液，由于其中的硼酸或硼酸铵的添加量在10重量％以下，因此即使在100℃以上的环境中也不会引起电解电容器的泄漏。另外，本发明中所述的电解液可以进一步地提高跳火电压。
如上所述，使用本发明的电解液来制造电解电容器，可以制得一种即使在125℃这样高温的环境中也具有500V以上的高耐压特性，而且能在长时间内保持特性稳定的电解电容器，工业上的价值很大。
Claims (8)
1.一种电解电容器驱动用电解液，是向溶剂中溶解入由下述通式(1)、(2)或(3)表示的硼酸酯和/或其盐中的至少一种而形成，Rt-〔(R1)1-O-B-(OH)-O〕k-H (1)Rt-〔(R1)1-O-B-(OH)-O-(R2)n〕k-Rt (2)
其中，Rt是CH3或H；R1、R2、R3是-CH2O、-C2H4O、-C3H6O或-C4H8O；K、l、m是任意的自然数。
2.如权利要求1所述的电解电容器驱动用电解液，其中还含有选自己糖醇类、戊糖类和多元醇类中的至少一种。
3.一种电解电容器驱动用电解液，它通过向溶剂中溶解入下述物质(a)、(b)、(c)而构成，
(a)无机酸和/或其盐和
(b)有机酸和/或其盐以及
(c)由下述通式(1)、(2)或(3)表示的硼酸酯和/或其盐中的至少一种Rt-〔(R1)1-O-B-(OH)-O〕k-H (1)Rt-〔(R1)1-O-B-(OH)-O-(R2)n〕k-Rt (2)
其中，Rt是CH3或H；R1、R2、R3是-CH2O、-C2H4O、-C3H6O或-C4H8O；K、l、m是任意的自然数。
4.如权利要求3所述的电解电容器驱动用电解液，其中的硼酸或其盐的添加量在10重量％以下。
5.一种电解电容器，其中所用的电解液是通过向溶剂中溶解入由下述通式(1)、(2)或(3)表示的硼酸酯和/或其盐中的至少一种而形成的Rt-〔(R1)1-O-B-(OH)-O〕k-H (1)Rt-〔(R1)1-O-B-(OH)-O-(R2)n〕k-Rt (2)
其中，Rt是CH3或H；R1、R2、R3是-CH2O、-C2H4O、-C3H6O或-C4H8O；K、l、m是任意的自然数。
6.如权利要求5所述的电解电容器，其中还含有选自己糖醇类、戊糖类和多元醇类中的至少一种。
7.一种电解电容器，其中所用的电解液是通过向溶剂中溶解入下述物质(a)、(b)、(c)而形成的
(a)无机酸和/或其盐和
(b)有机酸和/或其盐以及
(c)由下述通式(1)、(2)或(3)表示的硼酸酯和/或其盐中的至少一种Rt-〔(R1)1-O-B-(OH)-O〕k-H (1)Rt-〔(R1)1-O-B-(OH)-O-(R2)n〕k-Rt (2)其中，Rt是CH3或H；R1、R2、R3是-CH2O、-C2H4O、-C3H6O或-C4H8O；K、l、m是任意的自然数。
8.如权利要求7所述的电解电容器，其中的硼酸或其盐的添加量在10重量％以下。
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