DE112016001994T5

DE112016001994T5 - Elektrolytkondensator

Info

Publication number: DE112016001994T5
Application number: DE112016001994.7T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Tsuda
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2018-01-04
Also published as: CN107533922B; CN110634679B; US20200006010A1; JP2021121037A; US11094471B2; WO2016174807A1; CN110634679A; US10790095B2; JP7361284B2; US20180047521A1; JPWO2016174807A1; US10453618B2; CN107533922A; JP2023166604A; US20200321162A1; JP7089874B2; US20210343480A1

Abstract

Ein Elektrolytkondensator enthält ein Kondensatorelement und eine Elektrolytlösung. Das Kondensatorelement enthält: eine Anodenfolie, auf der eine dielektrische Schicht ausgebildet ist; eine Kathodenfolie, die der Anodenfolie gegenüberliegt; und eine leitfähige Polymerschicht, die zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie angeordnet ist, wobei die leitfähige Polymerschicht ein leitfähiges Polymer enthält. Eine leitfähige Schicht, die mit einer Kohlenstoffschicht versehen ist, die leitfähigen Kohlenstoff enthält, ist auf der Kathodenfolie ausgebildet. Die leitfähige Polymerschicht wird unter Verwendung einer Dispersion oder einer Lösung, die das leitfähige Polymer enthält, gebildet. Ein Anteil des Wassers in der Elektrolytlösung reicht von 0,1 Masse-% bis einschließlich 6,0 Masse-%.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektrolytkondensator, der ein Kondensatorelement, das eine leitfähige Polymerschicht aufweist, und eine Elektrolytlösung enthält.
HINTERGRUND
Als kleinformatige Kondensatoren mit großer Kapazität und geringem ESR (äquivalentem Reihenwiderstand) sind die Elektrolytkondensatoren, die einen Anodenkörper, auf dem eine dielektrische Schicht ausgebildet ist, und eine leitfähige Polymerschicht, die so ausgebildet ist, dass sie wenigstens einen Abschnitt der dielektrischen Schicht bedeckt, enthalten, vielversprechende Kandidaten.
Die PTL 1 schlägt einen Elektrolytkondensator vor, der durch das Imprägnierten eines Kondensatorelements mit einer Elektrolytlösung erhalten wird. Der Elektrolytkondensator enthält eine Anodenfolie, auf der eine dielektrische Schicht ausgebildet ist, eine Kathodenfolie, einen Separator, der zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie angeordnet ist, und eine leitfähige Polymerschicht, die auf den Oberflächen der dielektrischen Schicht, des Separators und der Kathodenfolie ausgebildet ist.
In der PTL 2 ist vorgeschlagen, dass vom Standpunkt des Vergrößerns der Adhäsion zwischen dem Aluminium und einer Kohlenstoff enthaltenden Schicht in einer Kathode eines Kondensators mit Festelektrolyt eine Zwischenschicht, die Aluminiumcarbid enthält, zwischen dem Aluminium und der Kohlenstoff enthaltenden Schicht ausgebildet ist, wobei die Kohlenstoff enthaltende Schicht auf einer Oberfläche des Aluminiums ausgebildet ist.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur

PTL 1: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2008-010657
PTL 2: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2006-100478

ZUSAMMENFASSUNG
In dem Kondensator mit Festelektrolyt der PTL 2 ist vom Standpunkt des Vergrößerns einer Kapazität die Kohlenstoff enthaltende Schicht in der Kathode vorgesehen, wobei aus der Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit der Kathode eine weitere Abnahme des ESR erwartet wird. Andererseits kann in dem Elektrolytkondensator, der die Elektrolytlösung wie in der PTL 1 enthält, ein Defekt der auf der Anode ausgebildeten dielektrischen Schicht leicht wiederhergestellt werden, so dass eine Zunahme eines Leckstroms und eine Abnahme einer Stehspannung unterdrückt werden können. Wenn jedoch ein Kondensatorelement, in dem die Kohlenstoff enthaltende Schicht in der Kathode ausgebildet ist, tatsächlich mit der Elektrolytlösung kombiniert ist, wird in einigen Fällen keine ausreichende Wiederherstellungseigenschaft erhalten. Außerdem ist es unwahrscheinlich, dass eine ausreichende Adhäsion der Kohlenstoff enthaltenden Schicht sichergestellt ist, was manchmal eine Zunahme des ESR verursacht.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Elektrolytkondensator, der eine Elektrolytlösung enthält, der eine hohe Kapazität sicherstellen und den Leckstrom verringern kann, während er eine Zunahme des ESR unterdrückt.
Ein Aspekt eines Elektrolytkondensators gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: ein Kondensatorelement; und eine Elektrolytlösung. Das Kondensatorelement enthält: eine Anodenfolie, auf der eine dielektrische Schicht ausgebildet ist; eine Kathodenfolie, die der Anodenfolie gegenüberliegt; und eine leitfähige Polymerschicht, die zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie angeordnet ist, wobei die leitfähige Polymerschicht ein leitfähiges Polymer enthält. Eine leitfähige Schicht, die mit einer Kohlenstoffschicht versehen ist, die leitfähigen Kohlenstoff enthält, ist auf der Kathodenfolie ausgebildet. Die leitfähige Polymerschicht wird unter Verwendung einer Dispersion oder einer Lösung, die das leitfähige Polymer enthält, gebildet. Ein Anteil des Wassers (ein Wassergehalt) in der Elektrolytlösung reicht von 0,1 Masse-% bis einschließlich 6,0 Masse-%.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in dem Elektrolytkondensator, der die Elektrolytlösung enthält, möglich, eine hohe Kapazität sicherzustellen, eine Zunahme des ESR zu unterdrücken und den Leckstrom zu verringern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Elektrolytkondensator gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration eines Kondensatorelements des Elektrolytkondensators in 1 veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen eines Elektrolytkondensators gemäß der vorliegenden Erfindung unter geeigneter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die beispielhaften Ausführungsformen im Folgenden sollen jedoch nicht die vorliegende Erfindung einschränken.
<<Der Elektrolytkondensator>>
1 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Elektrolytkondensator gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 2 ist eine schematische Ansicht, die ein teilweise abgewickeltes Kondensatorelement veranschaulicht, das in dem Elektrolytkondensator enthalten ist.
In 1 enthält der Elektrolytkondensator ein Kondensatorelement 10, wobei das Kondensatorelement in einem äußeren Gehäuse (spezifisch in einem Gehäuse 11 mit Boden) zusammen mit einer (nicht gezeigten) Elektrolytlösung untergebracht ist. Das äußere Gehäuse enthält das Gehäuse 11 mit Boden, in dem das Kondensatorelement 10 untergebracht ist, ein isolierendes Dichtungselement 12, das eine Öffnung des Gehäuses 11 mit Boden abdichtet, und eine Grundplatte 13, die das Dichtungselement 12 bedeckt. Das Gehäuse 11 mit Boden ist an einem Abschnitt in der Nähe eines Öffnungsendes durch Ziehen nach innen bearbeitet und ist an dem Öffnungsende gebördelt, um das Dichtungselement 12 tiefzuziehen.
Wie in 2 veranschaulicht ist, enthält das Kondensatorelement 10 eine Anodenfolie 21, die mit einer Anschlussfahne 15A verbunden ist, eine Kathodenfolie 22, die mit einer Anschlussfahne 15B verbunden ist, und einen Separator 23. Die Anodenfolie 21 und die Kathodenfolie 22 sind gewickelt, wobei der Separator 23 zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie angeordnet ist. Die Anodenfolie, die Kathodenfolie und der Separator, die gewickelt sind, werden außerdem als ein gewickelter Körper bezeichnet. Ein äußerster Rand des Kondensatorelements 10 ist mit einem Befestigungsband 24 befestigt. 2 zeigt das teilweise abgewickelte Kondensatorelement 10, bevor der äußerste Rand des Kondensatorelements befestigt wird.
In dem Kondensatorelement 10 ist die Anodenfolie 21 eine Metallfolie, deren Oberfläche aufgeraut ist, so dass sie Vorsprünge und Aussparungen aufweist, und ist eine dielektrische Schicht auf der Metallfolie, die die Vorsprünge und Aussparungen aufweist, ausgebildet. Die Kathodenfolie 22, die der Anodenfolie 21 gegenüberliegt, ist eine Metallfolie, wobei auf der Metallfolie eine leitfähige Schicht ausgebildet ist. Die auf der Kathodenfolie 22 ausgebildete leitfähige Schicht enthält eine Kohlenstoffschicht, die leitfähigen Kohlenstoff enthält. An wenigstens einem Abschnitt einer Oberfläche der dielektrischen Schicht, die auf der Anodenfolie 21 angeordnet ist, und an wenigstens einem Abschnitt einer Oberfläche der leitfähigen Schicht, die auf der Kathodenfolie 22 angeordnet ist, ist ein leitfähiges Polymer befestigt, so dass eine leitfähige Polymerschicht ausgebildet ist. Die leitfähige Polymerschicht kann an irgendeiner Position zwischen der Anodenfolie 21 und der Kathodenfolie 22 befestigt sein. Das leitfähige Polymer bedeckt z. B. wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche der auf der Anodenfolie 21 ausgebildeten dielektrischen Schicht und wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche der leitfähigen Schicht auf der Kathodenfolie 22 und kann wenigstens einen Abschnitt einer Oberfläche des Separators 23 bedecken. Wie oben beschrieben worden ist, ist die leitfähige Polymerschicht zwischen der Anodenfolie 21 und der Kathodenfolie 22 angeordnet.
In dem Elektrolytkondensator wird in einigen Fällen das leitfähige Polymer (spezifisch eine Schicht, die das leitfähige Polymer enthält), das wenigstens einen Abschnitt der Oberflächen z. B. der Anodenfolie, der Kathodenfolie und des Separators bedeckt, im Allgemeinen als eine Festelektrolytschicht (oder eine leitfähige Polymerschicht) bezeichnet.
Im Folgenden wird eine Konfiguration des Elektrolytkondensators gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben.
Ein Kondensatorelement enthält eine Anodenfolie, auf der eine dielektrische Schicht ausgebildet ist, eine Kathodenfolie, auf der eine leitfähige Schicht ausgebildet ist, und eine leitfähige Polymerschicht, die zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie angeordnet ist. Das Kondensatorelement kann bei Bedarf ferner einen Separator enthalten.
(Das Kondensatorelement)
(Die Anodenfolie)
Die Beispiele der Anodenfolie enthalten eine Metallfolie, deren Oberfläche aufgeraut ist. Ein Typ des Metalls, das die Metallfolie bildet, ist nicht besonders eingeschränkt, wobei es vom Standpunkt des Förderns der Bildung der dielektrischen Schicht bevorzugt ist, ein Ventilmetall, wie z. B. Aluminium, Tantal oder Niob, oder eine Legierung, die ein Ventilmetall enthält, zu verwenden.
Das Aufrauen der Oberfläche der Metallfolie kann durch ein öffentlich bekanntes Verfahren ausgeführt werden. Durch das Aufrauen werden auf der Oberfläche der Metallfolie mehrere Vorsprünge und Aussparungen gebildet. Das Aufrauen wird vorzugsweise ausgeführt, indem die Metallfolie z. B. einer Ätzbehandlung unterworfen wird. Die Ätzbehandlung kann z. B. durch ein Gleichstrom-Elektrolytverfahren oder ein Wechselstrom-Elektrolytverfahren ausgeführt werden.
(Die dielektrische Schicht)
Die dielektrische Schicht ist auf einer Oberfläche der Anodenfolie ausgebildet. Spezifisch ist die dielektrische Schicht auf einer aufgerauten Oberfläche der Metallfolie ausgebildet, so dass die dielektrische Schicht entlang einer Innenwandfläche der Poren und Vertiefungen in der Oberfläche der Anodenfolie ausgebildet ist.
Ein Verfahren zum Bilden der dielektrischen Schicht ist nicht besonders eingeschränkt, wobei die dielektrische Schicht gebildet werden kann, indem die Metallfolie einer Anodisierungsbehandlung unterworfen wird. Die Anodisierungsbehandlung kann z. B. durch das Eintauchen der Metallfolie in eine Anodisierungslösung, wie z. B. eine Ammoniumadipat-Lösung, ausgeführt werden. Bei der Anodisierungsbehandlung kann bei Bedarf eine Spannung in einem Zustand angelegt sein, in dem die Metallfolie in die Anodisierungslösung eingetaucht ist.
Normalerweise wird vom Standpunkt der Produktivität der Massenproduktion eine große Metallfolie, die z. B. aus einem Ventilmetall ausgebildet ist, der Aufrauungsbehandlung und der Anodisierungsbehandlung unterworfen. In diesem Fall wird die behandelte Folie in eine Sollgröße geschnitten, um die Anodenfolie 21, auf der die dielektrische Schicht gebildet wird, vorzubereiten.
(Die Kathodenfolie)
Für die Kathodenfolie 22 wird außerdem wie bei der Anodenfolie eine Metallfolie verwendet. Ein Typ des Metalls ist nicht besonders eingeschränkt, wobei es bevorzugt ist, ein Ventilmetall, wie z. B. Aluminium, Tantal oder Niob, oder eine Legierung, die ein Ventilmetall enthält, zu verwenden.
Wenn die leitfähige Polymerschicht unter Verwendung einer Dispersion oder einer Lösung, die ein leitfähiges Polymer enthält, auf einer Oberfläche der Kathodenfolie gebildet wird, ist es möglich, eine leitfähige Polymerschicht zu erhalten, die eine hohe Homogenität und eine hohe Flexibilität aufweist.
(Die leitfähige Schicht)
Die leitfähige Schicht ist vorzugsweise als eine ganze Schicht aus einem anorganischen Material (z. B. einem Metall, einer Metallverbindung und/oder leitfähigem Kohlenstoff), das elektrische Leitfähigkeit aufweist, ausgebildet und ist von der aus einem organischen Material ausgebildeten leitfähigen Polymerschicht unterscheidbar. Die leitfähige Schicht kann außerdem als eine anorganische leitfähige Schicht bezeichnet werden, weil die leitfähige Schicht als eine ganze Schicht aus einem anorganischen Material ausgebildet ist. Die leitfähige Schicht enthält wenigstens eine Kohlenstoffschicht, die sich mit der leitfähigen Polymerschicht in Kontakt befindet.
Die Kohlenstoffschicht enthält leitfähigen Kohlenstoff. Beispiele des leitfähigen Kohlenstoffs enthalten amorphen Kohlenstoff, Ruß, wie z. B. Acetylenruß, weichen Kohlenstoff, harten Kohlenstoff, Graphit und eine Kohlefaser, wie z. B. ein Kohlenstoff-Nanorohr. Die Kohlenstoffschicht kann eines dieser leitfähigen Kohlenstoffmaterialien oder zwei oder mehr dieser leitfähigen Kohlenstoffmaterialien enthalten.
Die Kohlenstoffschicht kann eine Schicht sein, die den leitfähigen Kohlenstoff und ein Bindemittel enthält, wobei es aber bevorzugt ist, dass ein Verhältnis des leitfähigen Kohlenstoffs so hoch wie möglich ist. Ein Verhältnis des leitfähigen Kohlenstoffs in der Kohlenstoffschicht ist z. B. vorzugsweise 95 Masse-% oder mehr oder 99 Masse-% oder mehr. Die Kohlenstoffschicht kann durch das Entfernen eines Bindemittels durch eine Wärmebehandlung aus einer Schicht, die den leitfähigen Kohlenstoff und das Bindemittel enthält, gebildet werden. Insbesondere ist die Kohlenstoffschicht vorzugsweise eine Schicht, die aus dem leitfähigen Kohlenstoff ausgebildet ist. Insbesondere ist die Kohlenstoffschicht vorzugsweise eine Abscheidungsschicht des leitfähigen Kohlenstoffs (insbesondere des amorphen Kohlenstoffs).
Die leitfähige Schicht kann nur die Kohlenstoffschicht enthalten und kann ferner vom Standpunkt des Vergrößerns der Adhäsion eine Grundschicht, die elektrische Leitfähigkeit aufweist, enthalten. Die Grundschicht ist auf einer Oberfläche der Kathodenfolie ausgebildet, wobei die Kohlenstoffschicht auf der Grundschicht ausgebildet sein kann. Wenn die leitfähige Schicht die Grundschicht enthält, kann die Kohlenstoffschicht direkt auf einer Oberfläche der Grundschicht ausgebildet sein oder auf der Grundschicht ausgebildet sein, wobei eine weitere leitfähige Schicht zwischen der Grundschicht und der Kohlenstoffschicht angeordnet ist.
Die Grundschicht, die einen Teil der leitfähigen Schicht gebildet, enthält ein nicht kohlenstoffhaltiges anorganisches Material, das elektrische Leitfähigkeit aufweist, wie z. B. ein Metall oder eine leitfähige Metallverbindung. Beispiele des Metalls enthalten Titan und/oder Nickel. Als die Metallverbindung ist ein Metallnitrid, wie z. B. Titannitrit, bevorzugt
Wenn die auf der Kathodenfolie ausgebildete leitfähige Schicht eine Carbidkomponente, wie z. B. Aluminiumcarbid enthält, sind manchmal wie in der PTL 2 die Lebensdauereigenschaften verringert. Das leitfähige Aluminiumcarbid reagiert z. B. mit dem Wasser in dem Elektrolytkondensator (insbesondere in der Elektrolytlösung), um Methan und ein isolierendes Aluminiumhydroxid zu erzeugen. Dann entsteht zwischen der Kathodenfolie und der leitfähigen Polymerschicht das isolierende Aluminiumhydroxid. Das Vorhandensein des isolierenden Aluminiumhydroxids macht folglich die Sicherstellung der elektrischen Verbindung zwischen der Kathodenfolie und der leitfähigen Polymerschicht schwierig, wenn das Laden und das Entladen wiederholt werden. Deshalb ist es vom Standpunkt des Vergrößerns der Lebensdauereigenschaften bevorzugt, dass die leitfähige Schicht im Wesentlichen keine Carbidkomponente (z. B. Aluminiumcarbid) enthält. Die Carbidkomponente (z. B. das Aluminiumcarbid) in der leitfähigen Schicht beträgt vorzugsweise 1 Masse-% oder weniger.
Eine Dicke der leitfähigen Schicht reicht z. B. von 1 nm bis einschließlich 10 μm. Wenn die Kohlenstoffschicht eine Abscheidungsschicht ist, kann die Dicke der leitfähigen Schicht z. B. von 1 nm bis einschließlich 100 nm reichen. Wenn die Kohlenstoffschicht aus einer Schicht ausgebildet ist, die das leitfähige anorganische Material und ein Bindemittel enthält, kann die Dicke der leitfähigen Schicht z. B. von 100 nm bis einschließlich 10 μm reichen. Die leitfähige Schicht, die eine Dicke in derartigen Bereichen aufweist, fördert die Sicherstellung einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und einer hohen Kapazität.
Die Dicke der leitfähigen Schicht kann eine durchschnittliche Dicke sein, die durch das Mitteln der an mehreren Punkten (z. B. 10 Punkten) in einem Schnittbild gemessenen Dicken erhalten wird.
(Der Separator)
Als der Separator 22 kann z. B. ein nicht gewebter Stoff verwendet werden, der eine Faser z. B. aus Zellulose, Polyethylenterephthalat, einem Vinylon oder einem Polyamid (z. B. einem aliphatischen Polyamid und einem aromatischen Polyamid, wie z. B. Aramid) enthält.
Das Kondensatorelement 10 kann durch ein öffentlich bekanntes Verfahren hergestellt werden. Das Kondensatorelement 10 kann z. B. durch das Stapeln der Anodenfolie 21, auf der die dielektrische Schicht ausgebildet ist, und der Kathodenfolie 22, auf der die leitfähige Schicht ausgebildet ist, wobei der Separator 23 zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie angeordnet ist, und dann das Bilden der leitfähigen Polymerschicht zwischen der Anodenfolie 21 und der Kathodenfolie 22 hergestellt werden. Das Kondensatorelement 10 kann außerdem durch das Wickeln der Anodenfolie 21, auf der die dielektrische Schicht ausgebildet ist, und der Kathodenfolie 22, auf der die leitfähige Schicht ausgebildet ist, wobei der Separator 23 zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie angeordnet ist, um einen gewickelten Körper zu bilden, wie in 2 veranschaulicht ist, und das Bilden der leitfähigen Polymerschicht zwischen der Anodenfolie 21 und der Kathodenfolie 22 hergestellt werden. Wenn der gewickelte Körper gebildet wird, kann das Wickeln ausgeführt werden, während die Anschlussfahnen 15A, 15B in die Anodenfolie, die Kathodenfolie und den Separator gerollt werden, um zu verursachen, dass sich die Anschlussfahnen 15A, 15B von dem gewickelten Körper aufrichten, wie in 2 veranschaulicht ist.
Ein Material für die Anschlussfahnen 15A, 15B ist nicht besonders eingeschränkt, solange wie das Material ein leitfähiges Material ist. Die Oberflächen der Anschlussfahnen 15A, 15B können einer Anodisierungsbehandlung unterworfen werden. Ferner können die Anschlussfahnen 15A, 15B an einem Abschnitt, der sich mit dem Dichtungskörper 12 in Kontakt befindet, und an einem Abschnitt, der mit den Anschlussdrähten 14A, 14B verbunden ist, mit einem Harzmaterial bedeckt sein.
Ein Material für die Anschlussdrähte 14A, 14B, die mit den Anschlussfahnen 15A bzw. 15B verbunden sind, ist außerdem nicht besonders eingeschränkt, wobei z. B. ein leitfähiges Material verwendet werden kann.
Ein Ende einer Außenseite der Anodenfolie 21, der Kathodenfolie 22 oder des Separators 23, das an einer äußersten Schicht des gewickelten Körpers (der Kathodenfolie 22 in 2) positioniert ist, ist mit einem Befestigungsband 24 befestigt. Wenn die Anodenfolie 21 durch das Schneiden einer großen Metallfolie vorbereitet wird, kann das Kondensatorelement in einem Zustand z. B. des gewickelten Körpers ferner einer Anodisierungsbehandlung unterworfen werden, um eine dielektrische Schicht auf einer Schnittfläche der Anodenfolie 21 zu schaffen.
(Die leitfähige Polymerschicht)
Die leitfähige Polymerschicht ist zwischen der Anodenfolie 21 und der Kathodenfolie 22 angeordnet. Die leitfähige Polymerschicht ist vorzugsweise auf wenigstens einem Abschnitt einer Oberfläche der auf der Oberfläche der Anodenfolie 21 ausgebildeten dielektrischen Schicht ausgebildet, um die dielektrische Schicht zu bedecken. Die leitfähige Polymerschicht ist bevorzugter so ausgebildet, dass sie einen Bereich der dielektrischen Schicht bedeckt, der so groß wie möglich ist. Die leitfähige Polymerschicht ist vorzugsweise auf wenigstens einem Abschnitt einer Oberfläche der auf der Oberfläche der Kathodenfolie 22 ausgebildeten leitfähigen Schicht ausgebildet, so dass sie die leitfähige Schicht bedeckt. Die leitfähige Polymerschicht ist bevorzugter ausgebildet, so dass sie einen Bereich der leitfähigen Schicht bedeckt, der so groß wie möglich ist. Wenn das Kondensatorelement den Separator enthält, kann die leitfähige Polymerschicht nicht nur auf den Oberflächen der dielektrischen Schicht und der leitfähigen Schicht ausgebildet sein, sondern außerdem auf einer Oberfläche des Separators.
Im Allgemeinen ist ein Verfahren zum Schaffen der leitfähigen Polymerschicht in zwei Fälle klassifiziert. Ein Fall ist das Bilden der leitfähigen Polymerschicht unter Verwendung einer Dispersion, die durch das Dispergieren feiner Partikel eines leitfähigen Polymers in einem Dispersionsmedium erhalten wird, oder einer Lösung, die durch das Auflösen eines leitfähigen Polymers in einem Lösungsmittel erhalten wird. Der andere Fall ist das Bilden der leitfähigen Polymerschicht durch das Polymerisieren eines Vorläufers eines leitfähigen Polymers (z. B. eines Monomers oder eines Oligomers, das ein Rohmaterial des leitfähigen Polymers ist), während sich der Vorläufer mit der Anodenfolie und der Kathodenfolie in Kontakt befindet.
Im letzteren Fall korrodieren die Kathodenfolie und die Anodenfolie aufgrund der starken Reaktivität eines Oxidationsmittels für eine Polymerisationsreaktion oder eines Monomers selbst, um folglich sowohl den Kontakt zwischen den Folien und der leitfähigen Polymerschicht als auch den Kontakt zwischen der Kathodenfolie und der leitfähigen Schicht zu verschlechtern, wobei folglich die Kapazität abnehmen kann oder der ESR zunimmt. Ein Oxidationsmittel und ein Monomer, die nach der Polymerisation verbleiben, werden selbst durch Waschen nicht ausreichend entfernt, so dass eine Lebensdauer des Elektrolytkondensators ungünstig beeinflusst wird.
In der vorliegenden Erfindung wird die leitfähige Polymerschicht unter Verwendung einer Dispersion, die durch das Dispergieren feiner Partikel eines leitfähigen Polymers in einem Dispersionsmedium erhalten wird, oder einer Lösung, die durch das Auflösen eines leitfähigen Polymers in einem Lösungsmittel erhalten wird, gebildet. Eine derartige leitfähige Polymerschicht wird durch die Anbringung des leitfähigen Polymers an einem Rand der Anodenfolie und der Kathodenfolie gebildet, indem die Dispersion oder die Lösung mit der Anodenfolie und der Kathodenfolie in Kontakt gebracht wird. Unter Verwendung einer derartigen leitfähigen Polymerschicht kann die Korrosion der Kathodenfolie und der Anodenfolie unterdrückt werden, so dass der Kontakt der Anodenfolie und der leitfähigen Schicht der Kathodenfolie mit der leitfähigen Polymerschicht sichergestellt sein kann, wobei ferner der Kontakt zwischen der Kathodenfolie und der leitfähigen Schicht sichergestellt sein kann. Entsprechend kann eine Zunahme des ESR unterdrückt werden und kann eine hohe Kapazität leicht sichergestellt werden.
(Das leitfähige Polymer)
Die Beispiele des leitfähigen Polymers, das in der leitfähigen Polymerschicht enthalten ist, enthalten Polypyrrol, Polythiophen, Polyfuran, Polyanilin, Polyacetylen, Polyphenylen, Polyphenylenvinylen, Polyacen und Polythiophenvinylen. Diese leitfähigen Polymere können allein oder in Kombination aus zwei oder mehr leitfähigen Polymeren verwendet werden oder können ein Copolymer aus zwei oder mehr Monomeren sein.
In der vorliegenden Beschreibung bedeuten Polypyrrol, Polythiophen, Polyfuran, Polyanilin und dergleichen Polymere, die als ein Grundgerüst entsprechend Polypyrrol, Polythiophen, Polyfuran, Polyanilin und dergleichen aufweisen. Deshalb enthalten Polypyrrol, Polythiophen, Polyfuran, Polyanilin und dergleichen außerdem entsprechend die Derivate des Polypyrrols, des Polythiophens, des Polyfurans, des Polyanilins und dergleichen. Das Polythiophen enthält z. B. Poly(3,4-ethylendioxythiophen) und dergleichen.
Diese leitfähigen Polymere können allein oder in Kombination aus zwei oder mehr leitfähigen Polymeren verwendet werden.
Ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht des leitfähigen Polymers ist nicht besonders eingeschränkt und reicht z. B. von 1.000 bis einschließlich 1.000.000.
(Der Dotierstoff)
Die leitfähige Polymerschicht kann einen Dotierstoff enthalten. Der Dotierstoff kann in der leitfähigen Polymerschicht enthalten sein, während er in dem leitfähigen Polymer dotiert ist, oder kann in der leitfähigen Polymerschicht enthalten sein, während er mit dem leitfähigen Polymer verbunden ist.
Als der Dotierstoff kann ein Polyanion verwendet werden. Spezifische Beispiele des Polyanions enthalten Anionen, wie z. B. Polyvinylsulfonsäure, Polystyrolsulfonsäure, Polyallylsulfonsäure, Polyacrylsulfonsäure, Polymethacrylsulfonsäure, Poly(2-acrylamido-2-methylpropansulfonsäure), Polyisoprensulfonsäure und Polyacrylsäure. Insbesondere ist ein von der Polystyrolsulfonsäure abgeleitetes Polyanion bevorzugt. Diese Polyanionen können allein oder in Kombination aus zwei oder mehr Polyanionen verwendet werden. Ferner können diese Polyanionen ein Polymer eines einzigen Monomers oder ein Copolymer aus zwei oder mehr Monomeren sein.
Ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht des Polyanions ist nicht besonders eingeschränkt und reicht z. B. von 1.000 bis einschließlich 1.000.000. Das leitfähige Polymer, das ein derartiges Polyanion enthält, wird leicht und homogen in einem Lösungsmittel dispergiert und wird leicht und gleichmäßig an den Oberflächen der dielektrischen Schicht und der leitfähigen Schicht befestigt.
(Die Elektrolytlösung)
In einem Kondensator mit Festelektrolyt wird unter Verwendung einer Elektrolytlösung erwartet, dass eine Eigenschaft des Wiederherstellens der dielektrischen Schicht zunimmt, um den Leckstrom zu unterdrücken. Wenn jedoch die Kohlenstoffschicht tatsächlich mit der Elektrolytlösung kombiniert ist, kann in einigen Fällen keine ausreichende Eigenschaft des Wiederherstellens der dielektrischen Schicht erhalten werden.
Selbst wenn andererseits in einer tatsächlichen Kombination die Kathodenfolie, auf der die leitfähige Schicht, die die Kohlenstoffschicht enthält, ausgebildet ist, unter Verwendung der Elektrolytlösung mit einem Anteil von 0,1 Masse-% oder mehr tatsächlich mit der Elektrolytlösung kombiniert ist, kann eine Wirkung des Wiederherstellens der dielektrischen Schicht erhalten werden, um folglich den Leckstrom zu verringern.
Zusammen mit dem Vergehen der Verwendungszeit des Elektrolytkondensators verringert unterdessen die Wasser enthaltende Elektrolytlösung die Kapazität oder vergrößert unterdessen die Wasser enthaltende Elektrolytlösung den ESR. Es wird in Betracht gezogen, dass diese Phänomene durch eine Abnahme der Adhäsion zwischen der Kathodenfolie und der leitfähigen Schicht, die die Kohlenstoffschicht enthält, aufgrund des Wassers in der Elektrolytlösung verursacht werden. Ferner werden in einem Fall der Verwendung der Wasser enthaltenden Elektrolytlösung für einen Elektrolytkondensator, der die durch das Polymerisieren eines Vorläufers des leitfähigen Polymers gebildete leitfähige Polymerschicht aufweist, während sich der Vorläufer mit der Kathodenfolie in Kontakt befindet, das verbliebene Oxidationsmittel und der Vorläufer durch eine Wirkung des Wassers in der Elektrolytlösung aktiv, so dass die Folien korrodieren, so dass die Adhäsion der Kathodenfolie an der leitfähigen Schicht und die Adhäsion der Anodenfolie und der leitfähigen Schicht an der leitfähigen Polymerschicht verringert wird.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die leitfähige Polymerschicht unter Verwendung der Dispersion oder der Lösung, die das leitfähige Polymer enthält, gebildet, wobei ein Anteil des Wassers in der Elektrolytlösung auf 6,0 Masse-% oder weniger gesetzt ist, wobei folglich eine Abnahme der Adhäsion der Kathodenfolie an der leitfähigen Schicht und der Adhäsion der Anodenfolie und der leitfähigen Schicht an der leitfähigen Polymerschicht unterdrückt werden kann. Entsprechend kann eine Zunahme des ESR unterdrückt werden, während eine hohe Kapazität sichergestellt ist.
Die Elektrolytlösung, die Wasser von weniger als 0,1 Masse-% aufweist, ist in der Eigenschaft des Wiederherstellens der dielektrischen Schicht minderwertig, so dass der Leckstrom nicht unterdrückt werden kann. Wohingegen die Elektrolytlösung, die Wasser von mehr als 6,0 Masse-% aufweist, den ESR vergrößert. Wie oben beschrieben worden ist, ist es in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wichtig, einen Anteil des Wassers in der Elektrolytlösung auf einen Bereich von 0,1 Masse-% bis einschließlich 6,0 Masse-% zu setzen. Vom Standpunkt des weiteren Verringerns des ESR ist ein Anteil des Wassers in der Elektrolytlösung vorzugsweise 5,0 Masse-% oder weniger. Vom Standpunkt des weiteren Verringertes Leckstroms ist ein Anteil des Wassers in der Elektrolytlösung vorzugsweise 0,5 Masse-% oder mehr, bevorzugter 1,0 Masse-% oder mehr. Jeder dieser Minimal- und Maximalwerte kann kombiniert werden. Ein Anteil des Wassers in der Elektrolytlösung kann z. B. von 0,1 Masse-% bis einschließlich 5,0 Masse-% oder von 0,5 Masse-% bis einschließlich 5,0 Masse-% reichen.
Das Wasser in der Elektrolytlösung ist nicht notwendigerweise anfangs in der Elektrolytlösung enthalten, die verwendet wird, um den Elektrolytkondensator zusammenzubauen, wobei das Wasser in einem Prozess des Zusammenbauens des Elektrolytkondensators in die Elektrolytlösung gemischt werden kann. Das Wasser kann z. B. im Voraus in einem Bestandteil des Elektrolytkondensators enthalten sein oder kann in der Dispersionsflüssigkeit oder der Lösung, die das leitfähige Polymer enthält, enthalten sein.
Die Elektrolytlösung ist nicht besonders eingeschränkt, solange wie die Elektrolytlösung die oben beschriebene Wassermenge enthält, wobei ein nicht wässriges Lösungsmittel verwendet werden kann oder außerdem eine Lösung verwendet werden kann, die ein nicht wässriges Lösungsmittel und eine ionische Substanz (einen gelösten Stoff), die in dem nicht wässrigen Lösungsmittel aufgelöst ist, enthält. Das nicht wässrige Lösungsmittel ist ein Sammelbegriff für Flüssigkeiten mit Ausnahme von Wasser und Wasser enthaltenden Flüssigkeiten, und enthält ein organisches Lösungsmittel und eine ionische Flüssigkeit.
Die Beispiele des nicht wässrigen Lösungsmittels, das in der Elektrolytlösung enthalten ist, enthalten ein Polyol (z. B. Alkylenglykole, wie z. B. Ethylenglykol und Propylenglykol; Polyalkylenglykole, wie z. B. Polyethylenglycol; und Glycerine, wie z. B. Glycerin und Polyglycerin), zyklische Sulfone, wie z. B. Sulfolan, Lactone, wie z. B. γ-Butyrolacton (γBL), Amide, wie z. B. N-Methylacetamid, N,N-Dimethylformamide und N-Methyl-2-pyrrolidon, Ester, wie z. B. Methylacetat, Ether, wie z. B. 1,4-Dioxan, Ketone, wie z. B. Methylethylketon und Formaldehyd. Es kann ein einziges oder zwei oder mehr in Kombination der nicht wässrigen Lösungsmittel verwendet werden.
Die Elektrolytlösung enthält unter den oben beschriebenen nicht wässrigen Lösungsmitteln vorzugsweise wenigstens ein Lösungsmittel (ein erstes Lösungsmittel), das keinen Siedepunkt aufweist oder einen hohen Siedepunkt (z. B. 180°C oder mehr) aufweist. Die Elektrolytlösung, die das erste Lösungsmittel enthält, kann die Erschöpfung der Elektrolytlösung unterdrücken, selbst wenn der Elektrolytkondensator während eines langen Zeitraums verwendet wird, so dass es möglich ist, eine hohe Zuverlässigkeit während eines langen Zeitraums sicherzustellen.
Der Siedepunkt des ersten Lösungsmittels sollte 180°C oder mehr betragen und kann 200°C oder mehr betragen. Als das erste Lösungsmittel ist ein Polyol bevorzugt. Polyethylenglykol und Polyglycerin weisen z. B. manchmal in Abhängigkeit von den Molekulargewichten des Polyethylenglykols und des Polyglycerins keinen Siedepunkt auf. Eine derartige Verbindung (jedoch auf eine Flüssigkeit eingeschränkt) ist außerdem als das erste Lösungsmittel bevorzugt.
Unterdessen ist das erste Lösungsmittel nicht notwendigerweise in der Elektrolytlösung enthalten, die verwendet wird, um den Elektrolytkondensator zusammenzubauen, wobei das erste Lösungsmittel aber in einer Behandlungslösung enthalten sein kann, die in einem Prozess des Zusammenbauens des Elektrolytkondensators verwendet wird. Die Dispersionsflüssigkeit oder die Lösung, die das leitfähige Polymer enthält, kann z. B. das erste Lösungsmittel enthalten. Das erste Lösungsmittel, das keinen Siedepunkt aufweist oder einen hohen Siedepunkt aufweist, verbleibt in dem zusammengebauten Elektrolytkondensator. Das erste Lösungsmittel, das geblieben ist, sickert in die in dem Elektrolytkondensator untergebrachte Elektrolytlösung, so dass die Elektrolytlösung in dem Elektrolytkondensator das erste Lösungsmittel enthält. Vom Standpunkt des leichten Sicherstellens der Adhäsion zwischen der leitfähigen Polymerschicht und der leitfähigen Schicht ist ein Anteil des in der Dispersion enthaltenen ersten Lösungsmittels vorzugsweise 50 Masse-% oder weniger der Dispersion oder der Lösung.
Der Anteil des in der Elektrolytlösung enthaltenen ersten Lösungsmittels reicht vorzugsweise von 3 Masse-% bis einschließlich 90 Masse-%. Die Elektrolytlösung, die einen Anteil des ersten Lösungsmittels in einem derartigen Bereich aufweist, kann eine Abnahme der Adhäsion zwischen der leitfähigen Polymerschicht und der leitfähigen Schicht unterdrücken und eine Funktion des Wiederherstellens der dielektrischen Schicht weiter verbessern.
Ein Salz aus einem Anion und einem Kation kann für den in der Elektrolytlösung enthaltenen gelösten Stoff als ein Beispiel dienen, wobei ein organisches Salz bevorzugt ist, in dem wenigstens eines des Anions und des Kations eine organische Substanz ist. Beispiele des organischen Salzes enthalten Trimethylaminmaleat, Triethylaminborodisalicylat, Ethyldimethylaminphthalat, Mono-1,2,3,4-tetramethylimidazoliniumphthalat und Mono-1,3-dimethyl-2-ethylimidazoliniumphthalat. Es kann ein einziger oder zwei oder mehr in Kombination der gelösten Stoffe verwendet werden.
<<Ein Verfahren zum Herstellen des Elektrolytkondensators>>
Im Folgenden wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen des Elektrolytkondensators gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung mit jedem der Schritte beschrieben.
Der Elektrolytkondensator kann durch die Schritte des Herstellens einer Dispersion oder einer Lösung (einer ersten Behandlungslösung), die ein leitfähiges Polymer enthält, (der erste Schritt); das Vorbereiten einer Anodenfolie, auf der eine dielektrische Schicht ausgebildet ist, (der zweite Schritt); das Vorbereiten einer Kathodenfolie, auf der eine leitfähige Schicht ausgebildet ist, (der dritte Schritt); das Erhalten eines Kondensatorelements durch das Imprägnieren der Anodenfolie, der Kathodenfolie und eines Separators, der bei Bedarf zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie angeordnet ist, mit der ersten Behandlungslösung (der vierte Schritt); und das Imprägnieren des Kondensatorelements mit einer Elektrolytlösung (der fünfte Schritt) erhalten werden. Eine leitfähige Polymerschicht kann durch den vierten Schritt gebildet werden. Eine Lösungsmittelkomponente kann in einer geeigneten Stufe entfernt werden.
(i) Der erste Schritt
Im ersten Schritt wird eine erste Behandlungslösung hergestellt, die ein leitfähiges Polymer (und einen Dotierstoff) und ein Lösungsmittel (ein zweites Lösungsmittel) enthält.
Die erste Behandlungslösung kann z. B. durch das Dispergieren oder das Auflösen des leitfähigen Polymers (und des Dotierstoffs) in dem zweiten Lösungsmittel erhalten werden. Alternativ kann die erste Behandlungslösung außerdem z. B. durch das Polymerisieren eines Rohmaterials des leitfähigen Polymers (z. B. eines Vorläufers, wie z. B. eines Monomers und/oder eines Oligomers des leitfähigen Polymers) in Gegenwart des Dotierstoffs in dem zweiten Lösungsmittel erhalten werden. In dem Fall des Herstellens der ersten Behandlungslösung durch Polymerisation können bei Bedarf ein unreagiertes Material und ein Nebenprodukt entfernt werden. Alternativ kann die Polymerisation unter Verwendung eines Teils des zweiten Lösungsmittels ausgeführt werden, um eine Mischung zu ergeben, zu der der verbleibende Teil des zweiten Lösungsmittels hinzugefügt ist.
Das zweite Lösungsmittel ist nicht besonders eingeschränkt, wobei es Wasser oder ein nicht wässriges Lösungsmittel (z. B. ein organisches Lösungsmittel und eine ionische Flüssigkeit) sein kann. Insbesondere ist das zweite Lösungsmittel vorzugsweise ein polares Lösungsmittel. Das polare Lösungsmittel kann ein protisches oder ein aprotisches Lösungsmittel sein.
Die Beispiele des protischen Lösungsmittels enthalten monohydrischen Alkohol (z. B. Methanol, Äthanol, Propanol und Butanol); ein Polyol (wie z. B. Alkylenglycole, wie z. B. Ethylenglykol und Propylenglykol, Polyalkylenglycole, wie z. B. Polyethylenglykol, und Glycerine, wie z. B. Glycerin und Polyglycerin); Glykolmonoether, wie z. B. Diethylenglycolmonobutylether; Formaldehyd; und Wasser.
Die Beispiele des aprotischen Lösungsmittels enthalten Amide, wie z. B. N-Methylacetamid, N,N-Dimethylformamid und N-Methyl-2-pyrrolidon, Ester, wie z. B. Methylacetat, Ketone, wie z. B. Methylethylketon und γ-Butyrolacton; Ether (zyklische Ether), wie z. B. 1,4-Dioxan; Sulfone, wie z. B. Dimethylsulfoxid und Sulfolan; und Carbonatverbidnungen (z. B. zyklische Carbonate), wie z. B. Propylencarbonat.
Insbesondere ist das zweite Lösungsmittel vorzugsweise ein protisches Lösungsmittel. Vom Standpunkt des Vergrößerns der Handhabbarkeit der ersten Behandlungslösung und der Dispergierbarkeit des leitfähigen Polymers enthält das zweite Lösungsmittel vorzugsweise Wasser. Das zweite Lösungsmittel, das Polyol enthält, vergrößert wahrscheinlich die elektrische Leitfähigkeit der leitfähigen Polymerschicht (mit anderen Worten, verringert wahrscheinlich weiter den ESR). Entsprechend ist das zweite Lösungsmittel, das ein Polyol enthält, außerdem bevorzugt, wobei die Verwendung des zweiten Lösungsmittels, das wenigstens Wasser und ein Polyol enthält, außerdem bevorzugt ist.
Die erste Behandlungslösung ist vorzugsweise eine Dispersion, die durch das Dispergieren des leitfähigen Polymers (und des Dotierstoffs) in dem zweiten Lösungsmittel erhalten wird. In der Dispersion ist es bevorzugt, dass das leitfähige Polymer und/oder der Dotierstoff Partikel (oder ein Pulver) sind. Eine durchschnittliche Partikelgröße der in der Dispersion dispergierten Partikel reicht vorzugsweise von 5 nm bis einschließlich 100 nm. Die durchschnittliche Partikelgröße kann z. B. aus einer Partikelgrößenverteilung, die durch ein dynamisches Lichtstreuverfahren erhalten wird, bestimmt werden.
Ein Verhältnis des in der ersten Behandlungslösung enthaltenen Dotierstoffs reicht vorzugsweise von 10 Masseanteilen bis einschließlich 1.000 Masseanteilen, bevorzugter von 50 Masseanteilen bis einschließlich 200 Masseanteilen bezüglich 100 Masseanteilen des leitfähigen Polymers.
Eine Konzentration des leitfähigen Polymers (einschließlich des Dotierstoffs oder eines Polyanions) in der ersten Behandlungslösung reicht vorzugsweise z. B. von 0,5 Masse-% bis einschließlich 3 Masse-%. Die erste Behandlungslösung, die eine derartige Konzentration des leitfähigen Polymers aufweist, ist für die Anbringung einer geeigneten Menge des leitfähigen Polymers geeignet und wird leicht imprägniert, um außerdem die Vorteile für die Verbesserung der Produktivität zu liefern.
Die erste Behandlungslösung kann z. B. bei Bedarf ein öffentlich bekanntes Additiv enthalten.
(ii) Der zweite Schritt
Im zweiten Schritt wird eine Oberfläche einer Anodenfolie z. B. einer Anodisierungsbehandlung unterworfen, um eine dielektrische Schicht auf der Oberfläche der Anodenfolie zu bilden, wie oben beschrieben worden ist.
(iii) Der dritte Schritt
Im dritten Schritt wird eine Kathodenfolie auf einer Oberfläche angeordnet, auf der eine leitfähige Schicht, die eine Kohlenstoffschicht enthält, ausgebildet ist.
Spezifischer kann die Kohlenstoffschicht, die den leitfähigen Kohlenstoff enthält, z. B. auf der Kathodenfolie ausgebildet sein, um die leitfähige Schicht zu bilden.
Die Kohlenstoffschicht kann durch das Anbringen eines Pulvers aus leitfähigem Kohlenstoff auf der Oberfläche der Kathodenfolie gebildet werden. Alternativ kann die Kohlenstoffschicht außerdem durch das Bilden einer aufgetragenen Schicht durch das Beschichten der Oberfläche der Kathodenfolie mit einer Mischung (z. B. einer Aufschlämmung), die den leitfähigen Kohlenstoff und ein Bindemittel enthält, und das Trocknen der aufgetragenen Schicht oder das Entfernen des Bindemittels, indem die aufgetragene Schicht einer Wärmebehandlung unterworfen wird, gebildet werden.
Es ist bevorzugt, dass die leitfähige Schicht, die die Kohlenstoffschicht enthält, durch das Abscheiden des leitfähigen Kohlenstoffs auf der Oberfläche der Kathodenfolie durch ein Gasphasenverfahren gebildet wird. Beispiele des Gasphasenverfahrens enthalten die chemische Gasphasenabscheidung, die Vakuumdampfabscheidung, das Sputtern und das Ionenplattieren.
Im dritten Schritt kann die leitfähige Schicht durch das Bilden einer Grundschicht auf der Oberfläche der Kathodenfolie bei Bedarf und das Bilden, wie es oben beschrieben worden ist, der Kohlenstoffschicht auf der Grundschicht gebildet werden. Die Grundschicht, die die leitfähige Schicht bildet, kann in der gleichen Weise wie in der Kohlenstoffschicht unter Verwendung eines nicht kohlenstoffhaltigen anorganischen Materials, das elektrische Leitfähigkeit aufweist, gebildet werden. Es ist bevorzugt, dass die Grundschicht durch das Abscheiden des nicht kohlenstoffhaltigen anorganischen Materials, das elektrische Leitfähigkeit aufweist, auf der Oberfläche der Kathodenfolie durch ein Gasphasenverfahren gebildet wird.
(iv) Der vierte Schritt
Im vierten Schritt wird die erste Behandlungslösung in die Anodenfolie, auf der die dielektrische Schicht ausgebildet ist, die Kathodenfolie, auf der die leitfähige Schicht ausgebildet ist, und bei Bedarf einen Separator imprägniert. Spezifischer kann im vierten Schritt die erste Behandlungslösung in einen gewickelten Körper imprägniert werden, der durch das Wickeln der Anodenfolie, auf der die dielektrische Schicht ausgebildet ist, und der Kathodenfolie, auf der die leitfähige Schicht ausgebildet ist, wobei der Separator zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie angeordnet ist, erhalten werden. Die Imprägnierung mit der ersten Behandlungslösung kann durch das Eintauchen des gewickelten Körpers in die erste Behandlungslösung oder das Injizieren der ersten Behandlungslösung in den gewickelten Körper ausgeführt werden.
Die Imprägnierung mit der ersten Behandlungslösung kann unter Atmosphärendruck ausgeführt werden, wobei sie aber außerdem unter einem verringerten Druck in einer Atmosphäre, die z. B. von 10 kPa bis einschließlich 100 kPa, vorzugsweise von 40 kPa bis einschließlich 100 kPa reicht, ausgeführt werden kann. Die Imprägnierung kann außerdem bei Bedarf unter einer Ultraschallschwingung ausgeführt werden. Ein Imprägnierungszeitraum hängt von einer Größe des Kondensatorelements 10 ab und reicht z. B. von 1 Sekunde bis einschließlich 5 Stunden, vorzugsweise von 1 Minute bis einschließlich 30 Minuten.
Die Anodenfolie und die Kathodenfolie (und ferner der Separator) können bei Bedarf getrocknet werden, nachdem sie mit der ersten Behandlungslösung imprägniert worden sind. Das Trockenen entfernt wenigstens einen Teil des zweiten Lösungsmittels. Das Trocknen kann durch Erwärmen ausgeführt werden, wobei es außerdem bei Bedarf unter einem verringerten Druck ausgeführt werden kann.
Wie oben beschrieben worden ist, wird die leitfähige Polymerschicht durch den vierten Schritt zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie gebildet, um folglich das Kondensatorelement 10 zu bilden.
(v) Der fünfte Schritt
Im fünften Schritt wird das im vierten Schritt erhaltene Kondensatorelement mit einer Elektrolytlösung imprägniert.
Die Imprägnierung des Kondensatorelements 10 mit der Elektrolytlösung ist nicht besonders eingeschränkt und kann durch ein öffentlich bekanntes Verfahren ausgeführt werden. Das Kondensatorelement 10 kann z. B. in die Elektrolytlösung eingetaucht werden oder die Elektrolytlösung kann in einen Behälter, der das Kondensatorelement 10 unterbringt, injiziert werden. Die Imprägnierung des Kondensatorelements 10 mit der Elektrolytlösung kann bei Bedarf unter einem verringerten Druck (z. B. 10 kPa bis 100 kPa) ausgeführt werden.
Ein Anteil des Wassers in der verwendeten Elektrolytlösung ist vorzugsweise geeignet eingestellt, so dass der Anteil des in der Elektrolytlösung enthaltenen Wassers, nachdem der Elektrolytkondensator zusammengebaut worden ist, auf die oben beschriebenen Bereiche gesetzt ist.
(Anderes)
Das Kondensatorelement 10 kann eingekapselt werden. Spezifischer wird das Kondensatorelement 10 zuerst in einem Gehäuse 11 mit Boden untergebracht, so dass die Anschlussdrähte 14A, 14B auf einer offenen Oberfläche des Gehäuses 11 mit Boden positioniert sind. Als ein Material für das Gehäuse 11 mit Boden können Metalle, wie z. B. Aluminium, rostfreier Stahl, Kupfer, Eisen und Messing oder Legierungen dieser Metalle verwendet werden.
Als Nächstes wird ein Dichtungselement 12, das so ausgebildet ist, um es zu ermöglichen, dass die Anschlussdrähte 14A, 14B das Dichtungselement durchdringen, über dem Kondensatorelement 10 angeordnet, um das Kondensatorelement 10 in dem Gehäuse 11 mit Boden einzukapseln. Das Dichtungselement 12 ist ausreichend, solange wie das Dichtungselement eine isolierende Substanz ist. Als die isolierende Substanz ist ein elastischer Körper bevorzugt, wobei z. B. ein Silikonkautschuk mit einer hohen Wärmebeständigkeit, ein Fluorkautschuk, ein Ethylenpropylen-Kautschuk, ein chlorsulfonierter Polyethylen-Kautschuk (z. B. ein Hypalon-Kautschuk), ein Butylkautschuk oder ein Isoprenkautschuk besonders bevorzugt ist.
Als Nächstes wird das Gehäuse 11 mit Boden an einem Abschnitt in der Nähe eines Öffnungsendes durch Querziehen bearbeitet, wobei es an dem Öffnungsende gebördelt wird, um das Dichtungselement 12 tiefzuziehen. Dann wird eine Grundplatte 13 an einem gebördelten Abschnitt des Gehäuses mit Boden angeordnet, um den Elektrolytkondensator fertigzustellen, wie in 1 veranschaulicht ist. Dann kann eine Alterungsbehandlung ausgeführt werden, während eine Nennspannung angelegt ist.
In den oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen ist ein gewickelter Elektrolytkondensator beschrieben worden. Der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf den gewickelten Elektrolytkondensator eingeschränkt, wobei sie außerdem auf andere Elektrolytkondensatoren, wie z. B. einen Chip-Elektrolytkondensator, der anstelle der Anodenfolie einen gesinterten Metallkörper enthält, und einen laminierten Elektrolytkondensator, der anstelle der Anodenfolie eine Metallplatte enthält, angewendet werden kann.
BEISPIELE
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung bezüglich Beispielen und Vergleichsbeispielen spezifisch beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele im Folgenden eingeschränkt.
<<Beispiel 1>>
Ein gewickelter Elektrolytkondensator mit einer Nennspannung von 35 V und einer elektrostatischen Nennkapazität von 47 μF, wie in 1 veranschaulicht ist, wurde in der folgenden Prozedur hergestellt, wobei eine Bewertung des Elektrolytkondensators ausgeführt wurde.
(1) Die Produktion des Elektrolytkondensators
(Die Herstellung einer Anodenfolie, die eine dielektrische Schicht aufweist)
Eine 100 μm dicke Aluminiumfolie wurde einer Ätzbehandlung unterworfen, um eine Oberfläche der Aluminiumfolie aufzurauen. Dann wurde durch eine Anodisierungsbehandlung mit einer wässrigen Ammoniumadipat-Lösung eine dielektrische Schicht auf der Oberfläche der Aluminiumfolie gebildet, um eine Anodenfolie, die die dielektrische Schicht aufweist, vorzubereiten.
(Die Herstellung der Kathodenfolie, die eine leitfähige Schicht aufweist)
Eine Kathodenfolie wurde durch das Bilden einer leitfähigen Schicht auf der Oberfläche einer 30 μm dicken Aluminiumfolie durch Ionenplattieren leitfähigen Kohlenstoffs vorbereitet. Eine Dicke der leitfähigen Schicht betrug 3 nm.
(Das Herstellen eines gewickelten Körpers)
Eine Anoden-Anschlussfahne und eine Kathoden-Anschlussfahne wurden mit der Anodenfolie bzw. der Kathodenfolie verbunden, wobei die Anodenfolie und die Kathodenfolie gewickelt wurden, wobei ein Separator zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie angeordnet war, während die Anschlussfahnen in die Anodenfolie, die Kathodenfolie und den Separator gerollt wurden, so dass sich ein gewickelter Körper ergibt. Die Enden der Anschlussfahnen, die von dem gewickelten Körper vorstehen, wurden mit einem Anoden-Anschlussdraht bzw. einem Kathoden-Anschlussdraht verbunden. Dann wurde der hergestellte gewickelte Körper abermals einer Anodisierungsbehandlung unterworfen, um eine dielektrische Schicht an einem Schnittende der Anodenfolie zu bilden. Als Nächstes wurde ein Ende einer Außenfläche des gewickelten Körpers mit einem Befestigungsband befestigt.
(Die Herstellung der ersten Behandlungslösung)
Durch das Auflösen von 3,4-Ethylendioxythiophen und eines Dotierstoffs, d. h., Polystyrolsulfonsäure, in ionenausgetauschtem Wasser wurde eine gemischte Lösung hergestellt. Eisen-(III)-sulfat und Natriumpersulfat (ein Oxidationsmittel), die in dem ionenausgetauschten Wasser aufgelöst sind, wurden zu der resultierenden Lösung hinzugefügt, während die Lösung gerührt wurde, um eine Polymerisationsreaktion zu verursachen. Nach der Reaktion wurde die resultierende Reaktionslösung dialysiert, um die unreagierten Monomere und ein überschüssiges Oxidationsmittel zu entfernen, so dass eine Dispersionsflüssigkeit erhalten wurde, die Poly(3,4-ethylendioxythiophen) enthielt, das mit Polystyrolsulfonsäure dotiert war, (PEDOT-PSS). Eine Konzentration des PEDOT-PSS in der Dispersionsflüssigkeit betrug etwa 2 Masse-%, während ein Masseverhältnis zwischen der PSS und dem PEDOT (= PSS:PEDOT) etwa 2:1 betrug. Es wurde Ethylenglykol (ein erstes Lösungsmittel) mit 5 Masse-% zu der resultierenden Dispersionsflüssigkeit hinzugefügt und gerührt, um eine erste Behandlungslösung, die einen Zustand einer Dispersionsflüssigkeit aufweist, herzustellen.
(Die Imprägnierung mit der ersten Behandlungslösung)
Der gewickelte Körper wurde während 5 Minuten mit der ersten Behandlungslösung imprägniert. Als Nächstes wurde der gewickelte Körper während 20 Minuten auf 150°C erwärmt, um eine Lösungsmittelkomponente zu entfernen. Folglich wurde ein Kondensatorelement hergestellt, in dem eine leitfähige Polymerschicht zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie ausgebildet war.
(Die Imprägnierung mit der Elektrolytlösung)
Als Nächstes wurde das Kondensatorelement unter einem verringerten Druck mit einer Elektrolytlösung imprägniert. Als die Elektrolytlösung wurde eine Lösung verwendet, die γBL, Glycerin und Mono(ethyldimethylamin)phthalat (der gelöste Stoff) bei einem Massenverhältnis von 50:25:25 enthielt. Ein in dem γBL und dem Glycerin enthaltener Anteil des Wassers wurde im Voraus gemessen, wobei der Anteil des Wassers in der Elektrolytlösung durch das Hinzufügen von Wasser zu der Elektrolytlösung oder das Verdampfen von Wasser durch Erwärmen eingestellt wurde, so dass das Wasser in der Elektrolytlösung ein beabsichtigter Anteil des Wassers wird. In der Elektrolytlösung sind γBL und Glycerin ein erstes Lösungsmittel.
(Die Einkapselung des Kondensatorelements)
Das mit der Elektrolytlösung imprägnierte Kondensatorelement wurde in einem äußeren Gehäuse untergebracht, wie in 1 veranschaulicht ist, und eingekapselt, um einen Elektrolytkondensator herzustellen. Es wurde eine Gesamtmenge von 300 Elektrolytkondensatoren in der gleichen Weise hergestellt.
(2) Auswertung
Die Auswertung im Folgenden wurde für 120 zufällig ausgewählte Elektrolytkondensatoren ausgeführt, wobei ein Durchschnittswert berechnet wurde.
(a) Der Anteil des Wassers
Die Elektrolytlösung wurde dem zusammengebauten Elektrolytkondensator entzogen, wobei der Anteil des Wassers (Masse-%) in der Elektrolytlösung durch ein Karl-Fisher-Verfahren gemessen wurde. Das Messergebnis gab an, dass der Anteil des Wassers in der Elektrolytlösung 0,10 Masse-% betrug.
(b) Der Anteil des ersten Lösungsmittels in der Elektrolytlösung
Die Elektrolytlösung wurde dem Elektrolytkondensator entzogen, wobei ein Anteil (Masse-%) des in der Elektrolytlösung enthaltenen ersten Lösungsmittels durch Gaschromatographie gemessen wurde. Das Messergebnis gab an, dass der Anteil des ersten Lösungsmittels in der Elektrolytlösung 75,0 Masse-% betrug.
(c) Die elektrostatische Kapazität und der ESR-Wert
Eine elektrostatische Kapazität (μF) und ein ESR-Wert (mΩ) wurden als die Anfangseigenschaften des Elektrolytkondensators gemessen. Spezifisch wurde eine anfängliche elektrostatische Kapazität (μF) bei einer Frequenz von 120 Hz für den Elektrolytkondensator mit einem LCR-Messgerät für eine 4-Pol-Messung gemessen. Zusätzlich wurde ein ESR-Wert (mΩ) bei einer Frequenz von 100 kHz für den Elektrolytkondensator mit einem LCR-Messgerät für eine 4-Pol-Messung gemessen.
In der gleichen Weise wurden außerdem als die oben beschriebenen Anfangseigenschaften eine elektrostatische Kapazität (μF) und ein ESR-Wert (mΩ) nach einem Test des Stehenlassens des Elektrolytkondensators während 4000 Stunden bei einer hohen Temperatur von 125°C gemessen.
Die elektrostatischen Kapazitäten und die ESR-Werte wurden für alle 120 zufällig ausgewählten Kondensatoren gemessen, wobei die Durchschnittswerte für die elektrostatischen Kapazitäten und die ESR-Werte berechnet wurden.
(d) Der Leckstrom (LC)
Als die Anfangseigenschaften des Elektrolytkondensators wurde die Nennspannung an den Elektrolytkondensator angelegt, wobei der Leckstrom (μA) bei 2 Minuten nach dem Anlegen gemessen wurde.
In der gleichen Weise wie die oben beschriebenen Anfangseigenschaften wurde der Leckstrom (μA) nach dem Test des Stehenlassens des Elektrolytkondensators während 4000 Stunden bei einer hohen Temperatur von 125°C außerdem gemessen.
<<Die Beispiele 2 bis 6 und die Vergleichsbeispiele 1 bis 2>>
Es wurde ein Elektrolytkondensator in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme des Einstellens des Anteils des Wassers in der Elektrolytlösung, so dass der Anteil des Wassers in der Elektrolytlösung des zusammengebauten Elektrolytkondensators den in der Tabelle 1 angegebenen Wert ergab, wobei die Auswertung ausgeführt wurde. Der Anteil des ersten Lösungsmittels in der Elektrolytlösung des zusammengebauten Elektrolytkondensators war so, wie im Folgenden angegeben ist.
Beispiel 2: 76,0 Masse-%
Beispiel 3: 75,8 Masse-%
Beispiel 4: 75,6 Masse-%
Beispiel 5: 75,7 Masse-%
Beispiel 6: 75,6 Masse-%
Vergleichsbeispiel 1: 75,8 Masse-%
Vergleichsbeispiel 2: 75,1 Masse-%
<<Das Vergleichsbeispiel 3>>
Es wurde eine Lösung durch das Mischen von 1 Masseanteil 3,4-Ethylendioxythiophen als ein polymerisierbares Monomer, 2 Masseanteilen Eisen-p-toluensulfonat, das als ein Oxidationsmittel und eine Dotierstoffkomponente diente, und 4 Masseanteilen n-Butanol als ein Lösungsmittel hergestellt. Ein in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellter gewickelter Körper wurde in die resultierende Lösung eingetaucht, aus der Lösung aufgenommen und während 60 Minuten bei 85°C stehengelassen, um ein Kondensatorelement herzustellen, in dem die leitfähige Polymerschicht zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie gebildet wurde. Ein Elektrolytkondensator wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 3 hergestellt, mit Ausnahme der Verwendung des resultierenden Kondensatorelements, wobei die Auswertung ausgeführt wurde.
Der Anteil des ersten Lösungsmittels in der Elektrolytlösung des Elektrolytkondensators betrug 74,4 Masse-%.
<<Das Vergleichsbeispiel 4>>
Im Vergleichsbeispiel 4 wurde ein Elektrolytkondensator in der gleichen Weise wie im Beispiel 3 hergestellt, mit Ausnahme, dass auf der Oberfläche der Aluminiumfolie keine leitfähige Schicht gebildet wurde, wobei die Auswertung ausgeführt wurde.
<<Das Vergleichsbeispiel 5>>
Im Vergleichsbeispiel 5 wurde ein Kondensator mit Festelektrolyt hergestellt, der keine Elektrolytlösung enthielt. Spezifischer wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 ein Kondensatorelement hergestellt, in dem die leitfähige Polymerschicht zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie ausgebildet war. Das resultierende Kondensatorelement wurde in einem äußeren Gehäuse untergebracht und eingekapselt, so dass sich ein Kondensator mit Festelektrolyt ergab, wobei die Auswertung in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 ausgeführt wurde.

Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Beispiele und der Vergleichsbeispiele. A1 bis A6 bezeichnen die Beispiele 1 bis 6, während B1 bis B5 die Vergleichsbeispiele 1 bis 5 bezeichnen. [Tabelle 1]

	Anteil des Wassers in der Elektrolytlösung (Masse-%)	elektrostatische Kapazität		ESR (mΩ)		LC (μA)
	Anteil des Wassers in der Elektrolytlösung (Masse-%)	anfänglich	nach 4000 Stunden	anfänglich	nach 4000 Stunden	anfänglich	nach 4000 Stunden
B1	0,05	55,5	49,8	63,0	120,2	4,8	330,1
A1	0,10	55,5	49,6	63,0	100,0	4,8	15,8
A2	0,50	55,5	49,5	63,0	97,8	4,7	9,3
A3	1,00	55,5	49,5	63,0	98,2	4,7	7,9
A4	3,00	55,5	49,3	63,0	98,2	4,7	7,6
A5	5,00	55,5	49,1	65,0	100,3	4,6	7,2
A6	6,00	55,5	49,1	65,0	122,7	4,5	7,2
B2	8,00	55,5	48,5	70,0	153,0	4,5	7,2
B3	1,00	55,5	49,5	72,0	255,6	4,7	8,1
B4	1,00	47,0	43,0	63,0	120,2	4,7	7,9
B5	-	55,5	49,9	63,0	130,1	4,8	484,4

Wie in der Tabelle 1 gezeigt ist, konnte in den Beispielen eine hohe elektrostatische Kapazität sowohl bei der anfänglichen Messung als auch bei der Messung, nachdem der Elektrolytkondensator während 4000 Stunden bei der hohen Temperatur stehengelassen wurde, erhalten werden. Der anfängliche ESR und der Leckstrom wurden tief unterdrückt. In dem Vergleichsbeispiel 1, in dem der Anteil des Wassers in der Elektrolytlösung 0,05 Masse-% war, konnte die Wirkung des Wiederherstellens der dielektrischen Schicht nicht ausreichend erhalten werden, wobei der Leckstrom bemerkenswert vergrößert war, nachdem der Elektrolytkondensator bei der hohen Temperatur stehengelassen wurde. In dem Vergleichsbeispiel 2, in dem der Anteil des Wassers in der Elektrolytlösung 8,00 Masse-% war, und in dem Vergleichsbeispiel 3, in dem die leitfähige Polymerschicht durch Polymerisation gebildet wurde, war der ESR bemerkenswert höher als in den Beispielen, nachdem der Elektrolytkondensator bei der hohen Temperatur stehengelassen wurde. In dem Vergleichsbeispiel 4, in dem keine leitfähige Schicht vorgesehen war, war die anfängliche elektrostatische Kapazität geringer als in den Beispielen. In dem Vergleichsbeispiel 5, in dem der Kondensator mit Festelektrolyt hergestellt wurde, war der Leckstrom vergrößert, nachdem der Kondensator mit Festelektrolyt während 4000 Stunden stehengelassen wurde.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann für einen Elektrolytkondensator verwendet werden, der ein Kondensatorelement, das eine leitfähige Polymerschicht aufweist, und eine Elektrolytlösung enthält.
Bezugszeichenliste

10: Kondensatorelement
11: Gehäuse mit Boden
12: Dichtungselement
13: Grundplatte
14A, 14B: Anschlussdraht
15A, 15B: Anschlussfahne
21: Anodenfolie
22: Kathodenfolie
23: Separator
24: Befestigungsband

Claims

Elektrolytkondensator, der Folgendes umfasst: ein Kondensatorelement; und eine Elektrolytlösung, wobei das Kondensatorelement enthält: eine Anodenfolie, auf der eine dielektrische Schicht ausgebildet ist; eine Kathodenfolie, die der Anodenfolie gegenüberliegt und auf der eine leifähige Schicht ausgebildet ist, die mit einer Kohlenstoffschicht versehen ist, die leitfähigen Kohlenstoff enthält; und eine leitfähige Polymerschicht, die zwischen der Anodenfolie und der Kathodenfolie angeordnet ist und die ein leitfähiges Polymer enthält, wobei: die leitfähige Polymerschicht unter Verwendung einer Dispersion oder einer Lösung, die das leitfähige Polymer enthält, gebildet wird, ein Anteil des Wassers in der Elektrolytlösung von 0,1 Masse-% bis einschließlich 6,0 Masse-% reicht.
Elektrolytkondensator nach Anspruch 1, wobei die Kohlenstoffschicht eine Abscheidungsschicht des leitfähigen Kohlenstoffs ist.
Elektrolytkondensator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrolytlösung ein erstes Lösungsmittel enthält, das keinen Siedepunkt oder einen Siedepunkt von 180°C oder mehr aufweist.
Elektrolytkondensator nach Anspruch 3, wobei das erste Lösungsmittel ein Polyol enthält.
Elektrolytkondensator nach Anspruch 3 oder 4, wobei ein Anteil des ersten Lösungsmittels, das in der Elektrolytlösung enthalten ist, von 3 Masse-% bis einschließlich 90 Masse-% reicht.