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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrolytischen Aluminiumkondensator zur Verwendung in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen.
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Eine Konfiguration des elektrolytischen Aluminiumkondensators gemäß der vorliegenden Erfindung wird in 1 gezeigt. Die Figur ist eine teilweise perspektivische Querschnittsansicht.
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Ein Kondensatorelement 19 in 1 wird durch Wickeln einer Anodenfolie 11 und einer Kathodenfolie 12 mittels eines Separators 13 hergestellt, wobei die Anodenfolie 11 durch Ätzen einer Oberfläche einer Aluminiumfolie zum Erhöhen der effektiven Oberfläche und Unterziehen der Oberfläche einer chemischen Umwandlungsbehandlung zum Bilden eines dielektrischen Oxidfilms darauf erhalten wird. Die Kathodenfolie 12 wird durch Ätzen einer Oberfläche einer Aluminiumfolie erhalten. Der elektrolytische Aluminiumkondensator 19 kann durch jeweiliges Verbinden eines Anodendrahtanschlusses 15 und eines Kathodendrahtanschlusses 16 mit der Anodenfolie 11 und der Kathodenfolie 12, Imprägnieren des Kondensatorelements mit einer Antriebselektrolytlösung 14, Plazieren des Kondensatorelements 19 in einem Metallgehäuse 18 wie einem Aluminiumgehäuse und Verschließen der Öffnung mit einer Verschlussplatte 17, zum Beispiel aus Kautschuk, hergestellt werden.
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Viele ionenleitfähige Flüssigkeiten, eingeschlossen jene, welche ein organisches Lösungsmittel wie Ethylenglycol oder y-Butyllakton und ein Elektrolyt wie Borsäure oder Ammoniumborat enthalten, wurden als Antriebselektrolytlösung 14 verwendet. Alternativ werden nichtwäßrige Elektrolytlösungen, welche eine von dibasischen Säuren mit einer Seitenkette wie Azelainsäure, Butyloctandicarbonylsäure und 5,6-Decandicarbonylsäure oder ihre Salze als Elektrolyte enthalten, welche eine Verringerung von Wasser in der Antriebselektrolytlösung 14 erlauben, für wirkungsvoll gehalten beim Unterdrücken ungewünschten Ablassens aus den Ventilen in dem elektrolytischen Aluminiumkondensator aufgrund des Anstiegs des inneren Drucks durch Wasser selbst in einer Umgebung von 100°C oder mehr.
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Die nichtwäßrigen Antriebselektrolytlösungen 14 jedoch erzeugen eine schnellere Degradation der Elektrolytlösung in einer Veresterungsreaktion bei hoher Temperatur. Daher wurden dibasische Säuren mit Seitenketten wie Butyloctandicarbonylsäure, 5,6-Decandicarbonylsäure und 1,7-Octandicarbonylsäure oder ihre Salze für einen Elektrolyt verwendet, welcher beim Unterdrücken der Veresterungsreaktion wirkungsvoll ist.
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Fundstellen im Stand der Technik, welche für die vorliegende Erfindung relevant sind, schließen zum Beispiel die
japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen Nr. 05-226189 und 2001-313234 ein.
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Patentdokument
US 5 776 358 A offenbart einen Aluminiumelektrolytkondensator, der durch Wickeln einer Anodenfolie und einer Kathodenfolie über einen Separator hergestellt wird. Der imprägnierte Elektrolyt umfasst ein statistisches Polymer aus Polyethylenglykol und Polypropylenglykol. Patentdokument
JP H05-226 189 A betrifft einen Elektrolytkondensator, bei dem der Elektrolyt durch Lösen von Benzoesäure, dessen Salz und Säure aus langkettigen Carbonsäuren mit verschiedenen Seitenketten oder einer oder mehreren Arten ihres Salzes in einem Lösungsmittel, das Ethylenglycol enthält, als gelöste Substanz zusammengesetzt ist als Hauptkörper; oder eine oder mehrere Arten verschiedener Nitroverbindungen oder eine oder mehrere Arten mehrwertiger Alkohole werden dem Elektrolyten allein zugesetzt oder werden gleichzeitig gelöst, um dadurch gelöst zu werden, wodurch der Elektrolyt zum Ansteuern des Kondensators gebildet wird. In Patentdokument
JP 2001-313 234 A wird ein Elektrolytkondensator mit einem Elektrolyten beschrieben, der aus einem lösungsmittelhaltigen Lösungsmittel mit Ethylglycol als Hauptbestandteil und Benzoesäure-1,7-octandicarbonsäure aufgebaut ist.
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In jüngster Zeit gibt es für elektrolytische Aluminiumkondensation zur Verwendung in anti-harmonischen Verzerrungsschaltkreisen und Fahrzeugen eine Notwendigkeit für eine Antriebselektrolytlösung 14, die eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist, in der Durchschlagsspannung und in der Lebensdauer bei hohen Temperaturen überlegen ist, gegenüber Zusammenbruch des dielektrischen Oxidfilms auf den Elektroden widerstandsfähig ist, in der filmausheilenden Fähigkeit zum Reparieren der einmal in dem dielektrischen Oxidfilm gebildeten Defekte überlegen ist (hiernach als chemische Selbstheilungsfähigkeit bezeichnet), und zum Unterdrücken von chemischen Reaktionen bei hohen Temperaturen fähig ist.
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Wenn jedoch eine dibasische Säure mit einer Seitenkette oder deren Salz als Elektrolyt für eine Antriebselektrolytlösung 14 verwendet wird, ist der Kondensator bei hohen Temperaturen wahrscheinlich weniger wärmebeständig, weil die dibasische Säure eine Seitenkette nur in der Umgebung der Carbonylgruppe auf einer Seite aufweist. Ebenso wird die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung wahrscheinlich abnehmen, was eine Beeinträchtigung des Leistungsverhaltens des elektrolytischen Aluminiumkondensators hervorrufen wird, weil die Carbonylgruppe des Elektrolyten eher mit einem Alkohol wie Ethylenglycol bei der Veresterungsreaktion reagieren wird, wenn der Kondensator für eine verlängerte Zeitspanne verwendet wird.
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Zusätzlich weisen die vorstehenden Verbindungen den Vorteil auf, daß ein Anstieg der Menge und ihres Molekulargewichts zu einem Anstieg der Durchschlagsspannung führen. Aber auf der anderen Seite werden sie in organischen Lösungsmitteln speziell bei niedrigerer Temperatur weniger löslich, was zur Ausscheidung führt. Dies beschränkt den Bereich des Gehalts oder des Molekulargewichts der Verbindung. Demzufolge weisen diese Verbindungen eine gute Löslichkeit bei niedriger Temperatur auf, wenn sie ein Molekulargewicht von 1000 oder weniger aufweisen. Wie vorstehend beschrieben führt jedoch eine Verringerung des Molekulargewichts zu einer unzureichenden Durchschlagsspannung und möglicher Kurzschlußexplosion während der Alterung des Produkts. Daher bestehen Abstimmungsprobleme, wenn diese Verbindungen für einen Elektrolyten verwendet werden.
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Zusätzlich weisen herkömmlich als Separatoren 13 für allgemeine elektrolytische Aluminiumkondensatoren verwendete Papiere wie Manilapapier, Kraftpapier und Espartopapier eine hohe Dichte auf. Durch eine Verringerung der Dichte wird wahrscheinlich ein niedrigerer Kurzschlußwiderstand und eine niedrigere Zugfestigkeit auftreten.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die zuvor genannten Probleme zu lösen. Ein Ziel hiervon ist es, eine langlebige Antriebselektrolytlösung mit hoher Welligkeit („high-ripple“), welche eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist und in der chemischen Selbstheilungsfähigkeit und Wärmebeständigkeit bei höheren Temperaturen überlegen ist, und einen elektrolytischen Aluminiumkondensator, welcher dieselbe anwendet, zur Verfügung zu stellen.
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Zu dem Zweck des Erreichens des vorstehenden Ziels stellt die vorliegende Erfindung einen elektrolytischen Aluminiumkondensator zur Verfügung, welcher durch Wickeln einer Anodenfolie und einer Kathodenfolie mittels eines Separators hergestellt wurde, der mit einer Antriebselektrolytlösung imprägniert wurde. Dabei enthält die Antriebselektrolytlösung ein polares Lösungsmittel, mindestens einen Elektrolyten, welcher aus anorganischen Säuren, organischen Säuren, anorganischen Säuresalzen und organischen Säuresalzen ausgewählt wurde, und ein statistisches Copolymer von Polyoxyethylen und Polyoxypropylen mit einer Hydroxylgruppe an einem Ende und einer Wasserstoffgruppe am anderen Ende. Der Separator ist durch Übereinanderlegen eines Zellulosefaser-Mischpapiers, eines Zellulosefaserpapiers und eines Baumwoll-Linters gebildet.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen elektrolytischen Aluminiumkondensator zur Verwendung in anti-harmonischen Verzerrungsschaltkreisen und Fahrzeugen zur Verfügung, der in der Zuverlässigkeit und Stabilität, zum Beispiel beim Widerstehen von Spannung, Wärmebeständigkeit, Welligkeit („ripple“), Lebensdauer und Vibrationsbeständigkeit überlegen ist.
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1 ist eine teilweise perspektivische Querschnittsansicht, welche die Konfiguration eines elektrolytischen Aluminiumkondensators zeigt.
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Der elektrolytische Aluminiumkondensator in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Konfiguration auf, welche identisch mit der von herkömmlichen elektrolytischen Aluminiumkondensatoren ist, die zuvor beschrieben wurden. Der Einfachheit halber wird er unter Bezug auf 1 beschrieben. Das Kondensatorelement 19 wird durch eine Anodenfolie 11 und eine Kathodenfolie 12 gebildet, die sich einander gegenüber stehen, welche zusammen mit einem zwischenliegenden Separator 13 gewickelt sind. Die Anodenfolie 11 ist eine Aluminiumfolie. Die effektive Oberfläche der Folie 11 wird durch ein Ätzverfahren vergrößert. Die Oberfläche wird mit einem dielektrischen Oxidfilm versehen, welcher durch ein Anodenoxidationsverfahren gebildet wird. Sie ist mit einem Anodendraht 15 versehen. Die Kathodenfolie 12 wird ebenso aus einer geätzten Aluminiumfolie gebildet und mit einem Kathodendraht 16 versehen. Das Kondensatorelement 19 wird im Inneren eines Aluminiumgehäuses 18 plaziert, nachdem es in eine Antriebselektrolytlösung 14 eingetaucht wurde. Die Öffnung des Metallgehäuses 18 wird mit einer Abdeckplatte 17 abgedeckt, so daß ein Elektrolytkondensator gebildet wird.
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Die Antriebselektrolytlösung enthält ein polares Lösungsmittel, mindestens einen Elektrolyten, der aus organischen Säuren, anorganischen Säuren, anorganischen Säuresalzen und organischen Säuresalzen ausgewählt wurde und ein statistisches Copolymer aus Polyoxyethylen und Polyoxypropylen mit einer Hydroylgruppe an einem Ende und einer Wasserstoffgruppe am anderen Ende.
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Beispiele der polaren Lösungsmittel schließen Ethylenglycol, Propylenglycol, 1,4-Butandiol, Glycerin, Polyoxyalkylenpolyole (Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polyoxyethylenoxypropylenglycol mit einem Molekulargewicht von 200 oder weniger, und Mischungen von zwei oder mehr), Amidlösungsmittel (N-Methylformamid, N,N-Dimethylformamid, N-Methylacetamid, N-Methylpyrrolidinon, etc.), Alkohollösungsmittel (Methanol, Ethanol, etc.), Etherlösungsmittel (Methylal, 1,2-Dimethoxyethan, 1-Ethoxy-2-methoxyethan, 1,2-Diethoxyethan, etc.), Nitrillösungsmittel (Acetonitril, 3-Methoxypropionitril, etc.), Furanlösungsmittel (2,5-Dimethoxytetrahydrofuran, etc.), Sulfolanlösungsmittel (Sulfolan, 3-Methylsulfolan, 2,4-Dimethylsulfolan, etc.), Carbonatlösungsmittel (Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Styrencarbonat, Dimethylcarbonat oder Methylethylcarbonat, etc.), Lactonlösungsmittel (γ-Butylolacton, γ-Valerolacton, δ-Valerolacton, 3-Methyl-1,3-oxazolidin-2-on, 3-Ethyl-1,3-oxazolidin-2-on, etc.), Imidazolidinonlösungsmittel (1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, etc.) und Pyrrolidonlösungsmittel und die Mischungen von zwei oder mehr und dergleichen ein. Unter diesen Lösungsmitteln sind Ethylenglycol, Propylenglycol, Diethylenglycol, Wasser, Lactonlösungsmittel, Alkohollösungsmittel, Carbonatlösungsmittel, Etherlösungsmittel, Nitrillösungsmittel und Furanlösungsmittel bevorzugt. Die Menge des polaren Lösungsmittels ist bevorzugt 50 bis 80 Masse-% in Bezug auf die Gesamtmenge der Elektrolytlösung.
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Der Elektrolyt enthält mindestens eine Verbindung, welche aus anorganischen Säuren, organischen Säuren, anorganischen Säuresalzen und organischen Säuresalzen ausgewählt wurde. Günstige Beispiele unter diesen schließen Borsäure, Phosphorsäure, Benzoesäure, dibasische Säuren wie Azelainsäure, Adipinsäure, Glutarsäure, Phthalsäure, Maleinsäure, 5,6-Decandicarbonylsäure, 1,7-Octandicarbonylsäure und 1,6-Decandicarbonylsäure ein. Diese und ihre Salze können als Elektrolyt verwendet werden. Die vorstehenden günstig verwendeten Salze schließen Ammoniumsalze, Aminsalze, quarternäre Ammoniumsalze, Amidinsalze und dergleichen ein.
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Das Ammoniumsalz ist zum Beispiel ein Salz einer anorganischen oder organischen Säure. Beispiele der Amine für das Aminsalz schließen primäre Amine (Methylamin, Ethylamin, Propylamin, Butylamin, Ethylendiamin, etc.), sekundäre Amine (Dimethylamin, Diethylamin, Dipropylamin, Methylethylamin, Diphenylamin, Diethanolamin, etc.) und tertiäre Amine (Trimethylamin, Triethylamin, Tripropylamin, Triphenylamin, Triethanolamin, etc.) ein. Beispiele der Amidine für das Amidinsalz schließen Verbindungen mit einer alkylsubstituierten Amidingruppe, Verbindungen mit einer quarternarisierten alkylsubstituierten Amidingruppe und Imidazol, Benzimidazol und alizyklische Amidinverbindungen quarternärisiert mit einem Alkyl oder einer Arylalkylgruppe mit 1 bis 11 Kohlenstoffatomen ein.
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Spezifische Beispiele für die Verbindungen mit einer quarternarisierten alkylsubstituierten Amidingruppe schließen 1-Methyl-1,8-diazabizyklo[5,4,0]undecen-7, 1-Methyl-1,5-diazabizyklo[4,3,0]nonen-5, 1,2,3-Trimethylimidazolin, 1,2,3,4-Tetramethylimidazolin, 1,2-Dimethyl-3-ethyl-imidazolin, 1,3,4-Trimethyl-2-ethylimidazolin, 1,3-Dimethyl-2-heptylimidazolin, 1,3-Dimethyl-2-(3'-heptyl)imidazolin, 1,3-Dimethyl-2-dodecylimidazolin, 1,2,3-Trimethyl-1,4,5,6-tetrahydropyrimidin, 1,3-Dimethylimidazolin, 1-Methyl-3-ethyl-imidazolin und 1,3-Dimethylbenzimidazolin ein. Der Gehalt des Elektrolyten in der Elektrolytlösung ist bevorzugt 10 bis 30 Masse-% in Bezug auf die Gesamtmenge der Elektrolytlösung.
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Zusätzlich weist das statistische Copolymer aus Polyoxyethylen und Polyoxypropylen mit einer Hydroxylgruppe an einem Ende und einer Wasserstoffgruppe am anderen Ende eine Struktur auf, welche durch die folgende allgemeine Formel (1) dargestellt wird.
HO-[(C2H4O) n- (C3H6O) m] 1-H (1) (n, m und l stellen jeweils eine ganze Zahl dar.)
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Die Copolymere mit einer Hydroxylgruppe an einem Ende und einer Wasserstoffgruppe an dem anderen Ende weisen eine exzellente Löslichkeit in polaren Lösungsmitteln auf und zeigen ihre vorteilhaften Wirkungen noch wirkungsvoller.
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Günstige wiederholende Zahlen der Monomereinheiten von Oxyethylen und Oxypropylen, n und m, in dem statistischen Copolymer sind bevorzugt jeweils 1 bis 7 und 1 bis 8. Zusätzlich ist die Zahl der wiederholenden Einheit 1 des Copolymers bevorzugt 1 bis 10. Das gewichtsgemittelte Molekulargewicht ist insbesondere bevorzugt 1000 bis 3000. Das gewichtsgemittelte Molekulargewicht ist ein Wert, welcher aus dem Hydroxylwert berechnet wurde, der gemäß des durch JIS K 1557 definierten Verfahrens bestimmt wurde.
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Zusätzlich ist das Zusammensetzungsverhältnis von Polyoxyethylen zu Polyoxypropylen in dem statistischen Copolymer bevorzugt 1/9 zu 9/1 und insbesondere bevorzugt 1/9 zu 5/5 als Gewichtsverhältnis von Polyethylenglycol zu Polypropylenglycol.
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Der Gehalt des Statistisches Copolymer s in der Elektrolytlösung ist bevorzugt 1 bis 5 Masse-% in Bezug auf die Gesamtmenge der Elektrolytlösung.
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Der Separator 13 weist eine Struktur auf, welche durch Übereinanderlegen eines Zellulosefaser-Mischpapiers, eines Zellulosefaserpapiers und eines Baumwoll-Linters gebildet wurde. Das Verfahren zum Übereinanderlegen dieser Fasern ist nicht besonders begrenzt. Der Separator kann zum Beispiel durch Übereinanderlegen der jeweiligen Fasern eine nach der anderen und Integrieren der Fasern durch Pressen der Kompositschicht mit Hilfe einer Walze oder dergleichen hergestellt werden. Alternativ kann der Separator durch zunächst Herstellen von Doppelfolien eines Zellulosefaser-Mischpapiers und einer Zellulosefaser und dann Überdecken der Doppelfolien über einen Baumwoll-Linter hergestellt werden. Der Baumwoll-Linter ist bevorzugt als äußere Schicht gebildet, wenn übereinander gelegt wird. Bevorzugt werden das Zellulosefaser-Mischpapier, die Zellulosefaser und der Baumwoll-Linter in dieser Reihenfolge übereinandergelegt. Der Separator wird bevorzugt in einer solchen Art und Weise plaziert, daß das Zellulosefaser-Mischpapier und der Baumwoll-Linter den Elektrodenfolien gegenüberliegen. Die Zellulosefaser gemäß der vorliegenden Erfindung enthält mindestens eine Faser, welche aus Manilajute, Kraftzellstoff, Hanf und Esparto ausgewählt wurde.
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Der Separator gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine dichte Struktur auf, wobei der Abstand zwischen den Fasern kleiner ist, aber eine große Anzahl von schmalen, durchgehenden Löchern enthält. Die Struktur ermöglicht die Verringerung des Widerstandsverlusts des Kondensators, ohne die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytlösung zu verringern. Sie ermöglicht ebenso die Verbesserung des Kurzschlußwiderstandes. Die Dicke des Separators in der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt 40 bis 80 µm. Die Dicke der Baumwoll-Linterschicht in dem Separator ist bevorzugt 20 bis 60 µm. Die Dicke des Separators ausschließlich der Baumwoll-Linterschicht, das heißt, die Dicke des Zellulosefaser-Mischpapiers und des Zellulosefaserpapiers können beliebig entschieden werden. Aber beide Papiere sollten im wesentlichen die gleiche Dicke aufweisen. Obwohl andere Fasern in dem Separator gemäß der vorliegenden Erfindung in Kombination mit den vorstehenden Fasern verwendet werden können, sind Separatoren, welche im wesentlichen aus den zuvor beschriebenen Fasern bestehen, bevorzugt. Separatoren, welche aus einem Zellulosefaser-Mischpapier, einem Zellulosefaserpapier und einem Baumwoll-Linter bestehen, sind besonders bevorzugt.
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Das Grundgewicht des Separators ist bevorzugt 1 bis 60 g/m2. Im Gegensatz zu herkömmlichen Elektrolytlösungen, welche oft zu Kurzschluß führen und daher unfähig sind, ein stabilisiertes Leistungsverhalten zur Verfügung zu stellen, wenn ein Separator mit niedrigem Grundgewicht verwendet wurde, ermöglicht die Verwendung der Antriebselektrolytlösung gemäß der vorliegenden Erfindung das physikalische Sicherstellen des Anoden-Kathoden-Abstandes des Kondensators und führt daher zu einer Verbesserung der Stabilität beim Widerstehen der Spannung, ermöglicht die Verwendung eines Separators mit niedrigem Grundgewicht in Kondensatoren mit mittlerer und hoher Spannung, was bisher schwierig war, und stellt ein hervorragendes Leistungsverhalten des Kondensators zur Verfügung. Im besonderen ermöglicht die Verwendung des vorstehenden Separators eine drastische Verringerung des Widerstands aufgrund des Separators in dem elektrolytischen Kondensator. Daher ist dieser wirkungsvoll beim Verringern des Äquivalentserienwiderstandes (ESR) und der Impedanz des Kondensators.
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Ein Separator mit einem Grundgewicht von weniger als 1 g/m2 weist keinen ausreichenden Kurzschlußwiderstand auf. Ein Separator mit mehr als 60 g/m2 weist einen gesteigerten Kurzschlußwiderstand auf, aber zeigt eher schlechtes Leistungsverhalten des Kondensators. Der am meisten bevorzugte Bereich des Grundgewichts ist 10 bis 40/m2.
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Das Grundgewicht wird als Produkt der Dichte und der Dicke des Separators berechnet.
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Der vorstehende Separator 13 kann einem Verstärkungsvorgang für die Papierfestigkeit zur Verbesserung der Zugfestigkeit des Separators 13 unterzogen werden. Die Verstärkungsbearbeitung für die Papierfestigkeit verbessert die Zugfestigkeit wie auch den Kurzschlußwiderstand des Separators.
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Die Verstärkungsbearbeitung für die Papierfestigkeit kann durch Aufbringen einer wäßrigen Lösung von Stärke, pflanzlichem Kautschuk, Carboxyalkylzellulose, Polyoxyalkylenphthalat oder dergleichen auf dem Separator 13 oder Imprägnieren des Separators mit der Lösung ausgeführt werden.
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Alle bislang bekannten Aluminiumfolien können als Elektrodenfolie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Anodenfolie kann durch Bilden eines dielektrischen Oxidfilms durch chemische Umwandlung einer Aluminiumfolienoberfläche mit einer effektiven Oberfläche hergestellt werden, welche durch Ätzen vergrößert wurde. Alternativ kann die Kathodenfolie durch Ätzen einer Aluminiumfolie hergestellt werden.
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Hiernach wird die vorliegende Ausführungsform im Detail unter Bezug auf Beispiele beschrieben.
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(BEISPIEL 1)
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Ein Kondensatorelement wurde durch Wickeln einer Anodenfolie und einer Kathodenfolie mittels eines Separators hergestellt. Die Anodenfolie wurde durch Aufrauhen der Oberfläche einer Aluminiumfolie durch DC-Ätzen während des Herstellens von tunnelförmigen Vertiefungen vertikal von der Oberfläche und Bilden eines dielektrischen Oxidfilms (Bildungsspannung 520 V) auf der Oberfläche durch Anodisieren hergestellt. Die Kathodenfolie ist eine AC-geätzte Aluminiumfolie. Der Separator weist eine Struktur auf, welche durch Übereinanderlegen eines Baumwoll-Linters und Doppelfolien eines Kraft-Mischpapiers und eines Espartopapiers in dieser Reihenfolge eines Kraft-Mischpapiers, eines Espartos und eines Baumwoll-Linters gebildet wurde (gesamte Dicke: 50 µm, Kraftpapierschicht: 15 µm, Espartoschicht: 15 µm, Baumwoll-Linterschicht: 20 µm, und Grundgewicht: 25 g/m2) .
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Das vorstehende Kondensatorelement wird dann mit jeder der Elektrolytlösungen imprägniert. Jede der Zusammensetzung für die Antriebselektrolytlösungen wird in Tabelle 1 gezeigt.
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Jedes Copolymer in den Antriebselektrolytlösungen ist ein Statistisches Copolymer von Polyoxyalkylen und Polyoxypropylen mit einer Hydroxylgruppe an einem Ende und einer Wasserstoffgruppe an dem anderen Ende. Das Gewichtsverhältnis von Polyethylenglycol zu Polypropylenglycol und das gewichtsgemittelte Molekulargewicht jedes Copolymers wird in Tabelle 2 gezeigt.
TABELLE 1
| | Zusammensetzung der Antriebselektrolytlösung | Menge Masse-% | elektrische Leitfähigkeit (mS/cm) | Durchschlagspannung (V) |
| Elektrolytlösung A | Ethylenglycol | 71,8 | 2,4 | 480 |
| Ammoniumbenzoat | 10 |
| Ammonium-1,7-octandicarboxylat | 16 |
| Ammoniumhypophosphit | 0,2 |
| Copolymer 1 | 2 |
| Elektrolytlösung B | Ethylenglycol | 72,5 | 2,2 | 460 |
| p-Nitrobenzoesäure | 10 |
| Diammoniumazelat | 14 |
| Monobutylphosphat | 0,5 |
| Copolymer 2 | 3 |
| Elektrolytlösung C | Ethylenglycol | 69,8 | 2,4 | 485 |
| Ammoniumbenzoat | 10 |
| Diammoniumazelat | 13 |
| Glyzerin | 5 |
| Ammoniumhypophosphit | 0,2 |
| Copolymer 3 | 2 |
| Elektrolytlösung D | Ethylenglycol | 56,5 | 2,7 | 495 |
| p-Nitrobenzoesäure | 10 |
| Ammonium-1,7-octandicarboxylat | 30 |
| Ammoniumhypophosphit | 0,5 |
| Copolymer 4 | 3 |
| Elektrolytlösung E | Ethylenglycol | 71,8 | 2,6 | 490 |
| Ammoniumbenzoat | 10 |
| Ammonium-1,7-octandicarboxylat | 16 |
| Ammoniumhypophosphit | 0,2 |
| Copolymer 5 | 2 |
| Elektrolytlösung F | Ethylenglycol | 74,8 | 1,6 | 430 |
| Ammoniumbenzoat | 10 |
| Diammoniumazelat | 10 |
| Glyzerin | 5 |
| Ammoniumhypophosphit | 0,2 |
TABELLE 2
| | Verhältnis von Polyoxyethylen zu Polyoxypropylen | Molekulargewicht |
| Copolymer 1 | 1:9 | 3000 |
| Copolymer 2 | 2:8 | 3000 |
| Copolymer 3 | 3:7 | 2000 |
| Copolymer 4 | 4:6 | 2000 |
| Copolymer 5 | 5:5 | 1000 |
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Nachfolgend wird jedes der vorstehenden Kondensatorelemente in einem zylindrischen Aluminiummetallgehäuse mit einer Bodenplatte plaziert. Die Öffnung des Metallgehäuses wurde mit einer gehärteten Butylkautschukdichtung durch eine Einrollbehandlung verschlossen (Butylkautschukpolymer: 30 Masseteile, Kohlenstoff: 20 Masseteile, anorganischer Füller: 50 Masseteile, Dichtmittelhärte: 70 IRHD [internationale Kautschukhärteeinheit]), so daß ein elektrolytischer Aluminiumkondensator erhalten wurde.
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(BEISPIEL 2)
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator wurde in einer ähnlichen Art und Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß ein Separator durch Legen doppelter Lagen eines Manilajute-Mischpapiers und eines Hanfpapiers über einen Baumwoll-Linter gebildet wurde (gesamte Dicke 50 µm, Manilajuteschicht: 15 µm, Hanfschicht: 15 µm, Baumwoll-Linterschicht: 20 µm, und Grundgewicht 25 g/m2) , welcher dazu verwendet wurde, den in Beispiel 1 verwendeten Separator zu ersetzen.
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(BEISPIEL 3)
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator wurde in einer ähnlichen Art und Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß ein Separator, welcher durch Legen von doppelten Lagen eines Hanf-Mischpapiers und eines Kraftpapiers über einen Baumwoll-Linter gebildet wurde (gesamte Dicke: 50 µm, Hanfschicht: 15 µm, Kraftpapierschicht: 15 µm, Baumwoll-Linterschicht: 20 µm, und Grundgewicht: 25 g/m2) , zum Ersetzen des in Beispiel 1 verwendeten Separators verwendet wurde.
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(BEISPIEL 4)
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß ein Separator, welcher durch Legen von doppelten Lagen eines Hanf-Mischpapiers und eines Kraftpapiers über einen Baumwoll-Linter gebildet wurde (gesamte Dicke: 50 µm, Hanfschicht: 15 µm, Kraftpapierschicht: 15 µm, Baumwoll-Linterschicht: 20 µm, und Grundgewicht: 1 g/m2), zum Ersetzen des in Beispiel 1 verwendeten Separators verwendet wurde.
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(BEISPIEL 5)
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator wurde in einer ähnlichen Art und Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß ein Separator durch Legen doppelter Lagen eines Hanf-Mischpapiers und eines Kraftpapiers über einen Baumwoll-Linter gebildet wurde (gesamte Dicke 50 µm, Hanfschicht: 15 µm, Kraftpapierschicht: 15 µm, Baumwoll-Linterschicht: 20 µm, und Grundgewicht 10 g/m2) , welcher dazu verwendet wurde, den in Beispiel 1 verwendeten Separator zu ersetzen.
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(BEISPIEL 6)
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator wurde in einer ähnlichen Art und Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß ein Separator durch Legen doppelter Lagen eines Hanf-Mischpapiers und eines Kraftpapiers über einen Baumwoll-Linter gebildet wurde (gesamte Dicke 50 µm, Hanfschicht: 15 µm, Kraftpapierschicht: 15 µm, Baumwoll-Linterschicht: 20 µm, und Grundgewicht 40 g/m2), welcher dazu verwendet wurde, den in Beispiel 1 verwendeten Separator zu ersetzen.
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(BEISPIEL 7)
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator wurde in einer ähnlichen Art und Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß ein Separator durch Legen doppelter Lagen eines Hanf-Mischpapiers und eines Kraftpapiers über einen Baumwoll-Linter gebildet wurde (gesamte Dicke 50 µm, Hanfschicht: 15 µm, Kraftpapierschicht: 15 µm, Baumwoll-Linterschicht: 20 µm, und Grundgewicht 60 g/m2), welcher dazu verwendet wurde, den in Beispiel 1 verwendeten Separator zu ersetzen.
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(BEISPIEL 8)
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator wurde in einer ähnlichen Art und Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß ein Separator durch Legen doppelter Lagen eines Hanf-Mischpapiers und eines Kraftpapiers über einen Baumwoll-Linter gebildet wurde (gesamte Dicke 50 µm, Hanfschicht: 15 µm, Kraftpapierschicht: 15 µm, Baumwoll-Linterschicht: 20 µm, und Grundgewicht 80 g/m2), welcher dazu verwendet wurde, den in Beispiel 1 verwendeten Separator zu ersetzen.
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(BEISPIEL 9)
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß ein Separator, welcher durch Legen von doppelten Lagen eines Hanf-Mischpapiers und eines Kraftpapiers über einen Baumwoll-Linter gebildet wurde (Gesamtdicke: 50 µm, Hanfschicht: 15 µm, Kraftpapierschicht: 15 µm, Baumwoll-Linterschicht: 20 µm, und Grundgewicht: 25 g/m2), der ferner mit einer wäßrigen Lösung von Carboxyalkylzellulose zur Verbesserung der Papierfestigkeit imprägniert wurde, als Separator verwendet wurde, der den in Beispiel 1 verwendeten Separator ersetzt.
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(BEISPIEL 10)
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß die Elektrolytlösung B verwendet wurde, um die Antriebselektrolytlösung aus Beispiel 1 zu ersetzen.
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(BEISPIEL 11)
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß die Elektrolytlösung C verwendet wurde, um die Antriebselektrolytlösung aus Beispiel 1 zu ersetzen.
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(BEISPIEL 12)
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß die Elektrolytlösung D verwendet wurde, um die Antriebselektrolytlösung aus Beispiel 1 zu ersetzen.
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(BEISPIEL 13)
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß die Elektrolytlösung E verwendet wurde, um die Antriebselektrolytlösung aus Beispiel 1 zu ersetzen.
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(VERGLEICHSBEISPIEL 1)
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß die Elektrolytlösung F verwendet wurde, um die Antriebselektrolytlösung aus Beispiel 1 zu ersetzen.
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(VERGLEICHSBEISPIEL 2)
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß ein Separator aus einem Mischpapier von Manilajute und Kraftzellstoff (gesamte Dicke: 50 µm, und Grundgewicht: 25 g/m2) verwendet wurde, um den Separator aus Beispiel 1 zu ersetzen.
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Zwanzig Teile der elektrolytischen Aluminiumkondensatoren aus den Beispielen 1 bis 13 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurden jeweils hergestellt. Die Lebensdauerprüfung davon wurde durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Die bewerteten Ausgangsleistungen der elektrolytischen Aluminiumkondensatoren waren jeweils 47 µF bei 400 V. Eine Welligkeits-Lastprüfung wurde bei einer Prüftemperatur von 105°C durchgeführt.
TABELLE 3
| | anfängliche Eigenschaften | nach 2000 h der Welligkeits-Last bei 105 °C |
| tan δ (%) | LC (µA) | ΔC (%) | tan δ (%) | LC (µA) | ESR (O) |
| Beispiel 1 | 4,3 | 24 | -0,3 | 6,7 | 13 | 0,054 |
| Beispiel 2 | 4,3 | 23 | -0,5 | 6,6 | 12 | 0,030 |
| Beispiel 3 | 4,1 | 25 | -0,4 | 6,8 | 14 | 0,044 |
| Beispiel 4 | 4,2 | 29 | -0, 8 | 7,9 | 21 | 0,001 |
| Beispiel 5 | 4,8 | 25 | -0,7 | 6,5 | 17 | 0,010 |
| Beispiel 6 | 4,4 | 26 | -0,5 | 6,6 | 14 | 0,089 |
| Beispiel 7 | 4,7 | 25 | -0,4 | 7,0 | 13 | 0,168 |
| Beispiel 8 | 5,2 | 24 | -0,5 | 7,7 | 14 | 0,192 |
| Beispiel 9 | 4,5 | 24 | -0,5 | 6,5 | 12 | 0,058 |
| Beispiel 10 | 4,3 | 23 | -0,4 | 6,6 | 13 | 0,056 |
| Beispiel 11 | 4,4 | 25 | -0,3 | 6,6 | 12 | 0,055 |
| Beispiel 12 | 4,4 | 24 | -0,4 | 6,7 | 14 | 0,058 |
| Beispiel 13 | 4,5 | 24 | -0,5 | 6,7 | 13 | 0,060 |
| Vergleichsbeispiel 1 | 10,2 | 56 | -8,7 | 14,0 | 89 | 0,113 |
| Vergleichsbeispiel 2 | Kurzschluß während der Alterung, 20/20 |
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Aus den Ergebnissen in Tabelle 1 wird ersichtlich, daß die Antriebselektrolyte A bis E, welche ein statistisches Copolymer von Polyoxyalkylen und Polyoxypropylen mit einer Hydroxylgruppe an dem einen Ende und einer Wasserstoffgruppe an dem anderen Ende enthalten, eine elektrische Leitfähigkeit und eine Durchschlagsspannung aufweisen, die höher sind als jene der Antriebselektrolytlösung F, welche das statistische Copolymer nicht enthält.
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Aus den Ergebnissen in Tabelle 3 wird ebenso deutlich, daß die Kombination einer Antriebselektrolytlösung, welche ein statistisches Copolymer von Polyoxyalkylen und Polyoxypropylen mit einer Hydroxylgruppe an dem einen Ende und einer Wasserstoffgruppe an dem anderen Ende und mit einem Separator mit einer Struktur, welche durch Legen doppelter Lagen eines Zellulosefaser-Mischpapiers, eines Zellulosefaserpapiers über einem Baumwoll-Linter gebildet wurde, die Eigenschaften wie Änderung der Kapazität (ΔC), tan δ, LC (Leckstrom) und ESR nach der Welligkeits-Lastprüfung verbessern, verglichen zu den Fällen des Vergleichsbeispiels 1, welches kein statistisches Copolymer verwendet und Vergleichsbeispiel 2, das keinen Baumwoll-Linter verwendet.
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Wie in Beispielen 4 bis 8 gezeigt, wird ein Anstieg des Grundgewichts des Separators mit einem Anstieg von tan δ, LC und ESR begleitet. Daher liegt das Grundgewicht bevorzugt in dem Bereich von 10 bis 40 g/m2.
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Wie vorstehend im Detail beschrieben, ist der elektrolytische Aluminiumkondensator gemäß der vorliegenden Erfindung ein elektrolytischer Aluminiumkondensator, welcher durch Wickeln einer Anodenfolie und einer Kathodenfolie mittels eines Separators hergestellt wurde, der mit einer Antriebselektrolytlösung imprägniert ist. Dabei enthält die Antriebselektrolytlösung ein polares Lösungsmittel, mindestens einen Elektrolyten, welcher aus anorganischen Säuren, organischen Säuren, anorganischen Säuresalzen und organischen Säuresalzen ausgewählt wurde, und ein statistisches Copolymer von Polyoxyalkylen und Polyoxypropylen mit einer Hydroxylgruppe an einem Ende und einer Wasserstoffgruppe an dem anderen Ende. Der Separator wird gebildet durch Übereinanderlegen eines Zellulosefaser-Mischpapiers, eines Zellulosefaserpapiers und eines Baumwoll-Linters. In der vorliegenden Erfindung ist das statistische Copolymer von Polyoxyalkylen und Polyoxypropylen mit einer Hydroxylgruppe an einem Ende und einer Wasserstoffgruppe an dem anderen Ende ein Copolymer eines Polyoxyalkylens, das überlegen in der Löslichkeit in polaren Lösungsmitteln ist, aber einen Nachteil hoher Kristallinität aufweist, und eines Polyoxypropylens, das eine niedrige Löslichkeit in polaren Lösungsmitteln aufweist, aber eine niedrigere Kristallinität hat, welche die Nachteile voneinander kompensieren. Daher überwindet die Verwendung des statistischen Copolymers das Problem der Ausscheidung bei niedrigeren Temperaturen. Ein solches statistisches Copolymer dehnt den Bereich der verwendbaren Menge und des Molekulargewichts aus und hebt die Durchschlagsspannung an. Es und verbessert die Effizienz der chemischen Selbstheilungsfähigkeit durch Bilden des chemischen Umwandlungsfilms.
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Zusätzlich führt die Verwendung eines statistisches Copolymers, welches Monomere sehr statistisch verteilt enthält, in einer Orientierung des Copolymers an der Grenzfläche Luft - Flüssigkeit weniger als das von Blockcopolymeren. Die Struktur hebt die Oberflächenspannung an, unterdrückt die Schaumbildung des Elektrolyten, welche das statistische Copolymer während der Imprägnierung in das Kondensatorelement enthält, und konsequenterweise wird die Imprägnierungseffizienz der Antriebselektrolytlösung in das Kondensatorelement verbessert.
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Zusätzlich weist der Baumwoll-Linter in dem Separator gemäß der vorliegenden Erfindung eine kürzere Faser mit einer faserigen Netzwerkstruktur auf, obwohl er eher dicker ist. Daher werden die feinen Fasern an vielzähligen Haftpunkten miteinander verbunden. Demzufolge weist der Separator gemäß der Erfindung eine größere Oberfläche auf als die anderer Separatoren, wenn ein Zellulosefaser-Mischpapier, ein Zellulosefaserpapier und ein Baumwoll-Linter übereinander gelegt werden. Dadurch steigt die Kapazität des Separators zum Halten des Elektrolyten, die vorteilhaften Wirkungen des statistische Copolymers von Polyoxyalkylen und Polyoxypropylen werden effizienter erhalten, und der Widerstandsverlust des Kondensators sinkt. Auf diese Weise stellt der elektrolytische Aluminiumkondensator der vorliegenden Erfindung überlegene Eigenschaften des Kurzschlußwiderstands, der Widerstandsspannung, der Wärmebeständigkeit, der Welligkeit, der Lebensdauer und der Stabilität zur Verfügung.
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In der vorliegenden Erfindung, welche bisher im Detail beschrieben wurde, sind alle Beschreibungen hier nur dazu vorgesehen, die vorliegende Erfindung durch Ausführungsformen darzustellen. Daher ist die vorliegende Erfindung darauf nicht begrenzt. Es sollte verstanden werden, daß vielzählige hier nicht beispielhaft genannte Modifikationen ebenso im Bereich der Erfindung möglich sind.
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Diese Anmeldung beruht auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-58419 , welche am 3. März 2004 eingereicht wurde, und der Inhalt ist hiermit unter Bezugnahme eingeschlossen.
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Ein elektrolytischer Aluminiumkondensator, welcher durch Wickeln einer Anodenfolie 11 und einer Kathodenfolie 12 mittels eines Separators 13 hergestellt wurde, der mit einer Antriebselektrolytlösung 14 imprägniert ist. Dabei umfaßt die Antriebselektrolytlösung 14 ein polares Lösungsmittel, mindestens einen Elektrolyten, welcher aus anorganischen Säuren, organischen Säuren, anorganischen Säuresalzen und organischen Säuresalzen ausgewählt wurde, und ein statistisches Copolymer von Polyoxyethylen und Polyoxypropylen mit einer Hydroxylgruppe an einem Ende und einer Wasserstoffgruppe am anderen Ende. Der Separator 13 ist durch Übereinanderlegen eines Zellulosefaser-Mischpapiers, eines Zellulosefaserpapiers und eines Baumwoll-Linters gebildet. Die vorliegende Erfindung stellt eine langlebige Elektrolytantriebslösung, welche eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist und in der chemischen Selbstheilungsfähigkeit und Wärmebeständigkeit bei hoher Temperatur überlegen ist, und einen elektrolytischen Aluminiumkondensator, welcher dieselbe verwendet, zur Verfügung.
