EP1356482A1 - Betriebselektrolyt für einen aluminium-elektrolyt-kondensator, kondensator mit dem betriebselektrolyt und verwendung des kondensators - Google Patents

Betriebselektrolyt für einen aluminium-elektrolyt-kondensator, kondensator mit dem betriebselektrolyt und verwendung des kondensators

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Publication number
EP1356482A1
EP1356482A1 EP01989391A EP01989391A EP1356482A1 EP 1356482 A1 EP1356482 A1 EP 1356482A1 EP 01989391 A EP01989391 A EP 01989391A EP 01989391 A EP01989391 A EP 01989391A EP 1356482 A1 EP1356482 A1 EP 1356482A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
acid
ammonium
carbonyl
salts
electrolyte
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01989391A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Ebel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Epcos AG filed Critical Epcos AG
Publication of EP1356482A1 publication Critical patent/EP1356482A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/022—Electrolytes; Absorbents

Definitions

  • the invention relates to an operating electrolyte for an aluminum electrolytic capacitor which contains ethylene glycol, p-nitrobenzoic acid, ammonium hypophosphite, ammonium pentaborate, polyethylene glycol and MMA-IORA.
  • the invention further relates to a capacitor with the operating electrolyte.
  • the invention relates to the use of the capacitor.
  • Aluminum electrolytic capacitors are constructed as
  • a cathode foil which can be, for example, a thin, roughened Al foil with a thickness between 20 and 50 ⁇ m
  • anode foil which can be, for example, an approximately 100 ⁇ m thick, roughened Al foil and which has a dielectric oxide layer has, which is applied directly to the film by electrochemical processes.
  • the cathode foil also has a thin, approximately 1.5-3 nm thick oxide layer.
  • the layer stack is usually in the form of a roll wound on a mandrel, which is built into an aluminum cup.
  • This operating electrolyte is the actual cathode.
  • the aim of the present invention is therefore to provide an operating electrolyte for aluminum electrolytic capacitors which has improved long-term stability of the electrical conductivity.
  • the invention provides an operating electrolyte with:
  • ethylene glycol b) p-nitrobenzoic acid, c) ammonium hypophosphite, d) ammonium pentaborate, e) polyethylene glycol, f) a mixture of substances containing the diammonium salts of 2-methyl-nonanedioic acid, 2, 4-dimethyl-4-methoxy-carbonyl-undecanedioic acid , 2,4, 6-trimethyl-4, 6-dimethoxy-carbonyl-tridecanedioic acid and 8, 9-dimethyl-8, 9-dimethoxy-carbonyl-hexadecanedioic acid, g) salts of benzoic acid derivatives, which are selected from a group with the following general formula:
  • R ] _ and R2 are the same or different from one another and the following applies: - R1 is selected from a group which contains linear or branched alkyl groups having one to four carbon atoms,
  • R2 is selected from a group that contains the following substituents: I) hydrogen
  • M + comprises ammonium ions such as NH4 + and / or organic alkyl-substituted ammonium ions.
  • the operating electrolyte according to the invention has the advantage that it has improved long-term stability of the conductivity due to the added components. This is particularly true when the operating electrolyte is stored at a maximum operating temperature of 105 ° C.
  • -Butyl groups are used, especially the bulky i-propyl and tert.
  • -Butyl groups impart a good steric effect.
  • hypophosphite serves as a corrosion inhibitor, which particularly advantageously protects the electrode foils from oxidation.
  • Ammonium pentaborate is used primarily as a forming salt to maintain the dielectric oxide layer on the electrodes of the capacitor, but at the same time it also acts as a conductive salt because it dissociates in the solvents.
  • P-nitrobenzoic acid is particularly well able to trap gas that may be generated on the electrodes during operation, so that the internal pressure in the capacitor housing does not rise.
  • the operating electrolyte according to the invention can also contain small amounts of other components which do not impair the desired properties of the electrolyte.
  • component g) is selected from a group which contains salts of benzoic acid derivatives with the following general formula:
  • Rl is selected from a group consisting of linear or branched alkyl groups with one to four carbon atoms.
  • component g) comprises salts of a benzoic acid derivative with the following formula:
  • M + includes ammonium ions such as NH4 + and / or organic alkyl substituted ammonium ions.
  • the steric effect is particularly pronounced because there are two methyl groups in both ortho positions on the phenyl ring. Furthermore, this salt of o-dimethylbenzoic acid is particularly readily soluble together with the other components of the operating electrolyte.
  • Salts of methylbenzoic acid with the following formula can also be component g):
  • M + comprises ammonium ions, NH4 + and / or organic alkyl-substituted ammonium ions.
  • MMA-IORA is a substance class known to the person skilled in the art which contains the constituents mentioned under f) and z.
  • B. is available in the form of a 20% solution of the diammonium salts of MMA-10R in ethylene glycol.
  • MMA-10R is a mixture of the following components:
  • MMA-10RA can contain 5 - 10 percent by weight of common impurities which do not impair the desired properties of the MMA-10RA.
  • a MMA-10R mixture which contains the following constituents can be used particularly advantageously: a) 45.6% by weight of 2-methyl-nonanedioic acid b) 13% by weight of 2,4-dimethyl-4-methoxycarbonyl-undecanedioic acid c) 12.1 Weight percent 2, 4, 6-trimethyl-4, 6-dimethoxy-carbonyl-tridecanedioic acid d) 22.3 weight percent 8, 9-dimethyl-8, 9-dimethoxy-carbonyl-hexadecanedioic acid
  • the invention furthermore relates to an operating electrolyte which has the following components:
  • a) 40 - 85% by weight ethylene glycol b) 0.001 - 5.0% by weight p-nitrobenzoic acid c) 0.001 - 0.5% by weight ammonium hypophosphite d) 1 - 10% by weight ammonium pentaborate e) 1 - 10% by weight % polyethylene glycol f) 10-50% by weight of a substance mixture which contains the diammonium salts of 2-methyl-nonanedioic acid, 2,4-dimethyl-4-methoxy-carbonyl-undecanedioic acid, 2,4,6-trimethyl-4,6-dimethoxy- Carbonyl tridecanedioic acid and 8, 9-dimethyl-8, 9-dimethoxycarbonyl hexadecanedioic acid contains g) 1-10% by weight of ammonium salts of methylbenzoic acid.
  • an operating electrolyte for aluminum electrolytic capacitors which comprises the following components: a) 50-80% by weight of ethylene glycol b) 0.2-0.7% by weight of p-nitrobenzoic acid c) 0.001- 0.2% by weight of ammonium hypophosphite d) 2-4.5% by weight of ammonium pentaborate e) 1-5% by weight of polyethylene glycol f) 20-40% by weight of a substance mixture which contains the diammonium salts of 2-methyl Contains nonandioic acid, 2, 4-dimethyl-4-methoxy-carbonyl-undecanedioic acid, 2,4, 6-trimethyl-4, 6-dimethoxy-carbonyl-tridecanedioic acid and 8, 9-dimethyl-8, 9-dimethoxy-carbonyl-hexadecanedioic acid g) 2-8% by weight of ammonium salts of methylbenzoic acid.
  • the operating electrolyte according to the invention can also contain small amounts of further constituents which do not impair the desired properties of the electrolyte.
  • ortho-, meta or para-substituted methylbenzoic acid is suitable, as are mixtures of the isomers mentioned.
  • the salt of o-methylbenzoic acid is suitable, as are mixtures of the isomers mentioned.
  • the salt of o-methylbenzoic acid is suitable, as are mixtures of the isomers mentioned.
  • Benzoic acid proved to be an advantageous component of the operating electrolyte.
  • the invention specifies an aluminum electrolytic capacitor in which the electrolyte is the operating electrolyte according to the invention.
  • the capacitor has a layer stack with an anode layer and a cathode layer A separating layer impregnated with the electrolyte is arranged between the anode layer and the cathode layer.
  • the anode and cathode layers each have an oxide layer.
  • the anode layer and the cathode layer consist of aluminum, while the oxide layers consist of aluminum oxide.
  • the aluminum electrolytic capacitor according to the invention has the advantage that, due to the use of the operating electrolyte according to the invention, it has a higher long-term stability of the electrical conductivity, especially when the capacitor is used in the temperature range between -25 ° C and 105 ° C.
  • the invention specifies the use of the operating electrolyte in an aluminum electrolytic capacitor for voltages between 350 and 450 V.
  • the operating electrolyte according to the invention is suitable for capacitors with an operating voltage of 450 V.
  • FIG. 1 shows the electrical conductivity of exemplary electrolytes according to the invention in comparison with a known electrolyte, measured as a function of the storage period, in a schematic representation.
  • FIG. 2 shows an example of a capacitor winding of an aluminum electrolytic capacitor according to the invention in a schematic cross section.
  • Table 1 compares the compositions of three operating electrolytes according to the invention (examples B2 to B4) with the composition of a known operating electrolyte (example: B1). In addition, the values for the electrical conductivity and the spark voltage of the operating electrolytes are also shown. Table 1: Composition of various operating electrolytes
  • the table shows that the exemplary embodiments of the operating electrolyte according to the invention have no disadvantages in terms of conductivity or spark voltage compared to the known operating electrolyte.
  • the operating electrolytes according to the invention according to Examples B2 to B4 have improved temperature stability of the conductivity when stored at a temperature of 105 ° C.
  • the operating electrolyte according to Example 2 has a significantly improved long-term stability of the conductivity when stored at 105 ° C.
  • the other two operating electrolytes according to B2 and B3 according to the invention also have a better relative conductivity L re] _ _ than the known operating electrolyte according to Bl.
  • FIG. 2 shows an example of the layer stack of an aluminum electrolyte capacitor according to the invention in a schematic cross section.
  • the capacitor winding of an electrolytic capacitor according to the invention according to FIG. 2 consists of an anode layer 1 which has an anode oxide layer 4 on its upper side.
  • the anode layer 1 is an aluminum foil approximately 50-120 ⁇ m thick.
  • the anode oxide layer 4 consists of aluminum oxide and has a thickness between 0.05 and 2 ⁇ m.
  • a separating layer 3 is arranged above the anode oxide layer 4.
  • the separating layer 3 has a thickness between 30 and 200 ⁇ m and is preferably made of paper.
  • a cathode layer 2 is arranged above the separating layer 3 and may have a cathode oxide layer 5 on its side facing the separating layer 3.
  • the separating layer 3 is impregnated with the operating electrolyte according to the invention.
  • the cathode layer 2 consists of aluminum and has a thickness between 20 and 60 ⁇ m.
  • the cathode oxide layer 5 consists of aluminum oxide and has a thickness between 1.5 and 3 nm.
  • the anode layer 1 and the cathode layer 2 are each electrically conductively connected to a capacitor connection 6.
  • the capacitor winding shown in FIG. 2 is usually in the form of a winding wound on a mandrel, which is installed in an aluminum cup.

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Abstract

Betriebselektrolyt für einen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator, Kondensator mit dem Betriebselektrolyt und Verwendung des Kondensators. Die Erfindung betrifft einen Betriebselektrolyten für einen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator, der Ethylenglykol, p-Nitrobenzoesäure, Ammoniumhypophosphit, Ammoniumpentaborat, Polyethylenglykol, MMA-10RA und Salze von am Phenylring alkylsubstituierten Benzoesäuren umfasst. Durch die Zugabe der Benzoesäurederivate kann aufgrund der sterischen Hinderung der Veresterung der Carbonsäurefunktion ein Betriebselektrolyt mit verbesserter Langzeitstabilität der elektrischen Leitfähigkeit hergestellt werden. Die Erfindung betrifft ferner einen Kondensator mit dem Betriebselektrolyten und die Verwendung des Kondensators.

Description

Beschreibung
Betriebselektrolyt für einen Aluminium-Elektrolyt - Kondensator, Kondensator mit dem Betriebselektrolyt und Ver- wendung des Kondensators
Die Erfindung betrifft einen Betriebselektrolyten für einen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator, der Ethylenglykol, p- Nitrobenzoesäure, Ammoniumhypophosphit , Ammoniumpentaborat , Polyethylenglykol und MMA-IORA enthält. Ferner betrifft die Erfindung einen Kondensator mit dem Betriebselektrolyten. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung des Kondensators .
Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren sind aufgebaut als
Schichtstapel aus einer Kathodenfolie, die beispielsweise eine dünne, aufgerauhte Al-Folie mit einer Dicke zwischen 20 und 50 μm sein kann, und einer Anodenfolie, die beispielsweise eine ca. 100 μm dicke, aufgerauhte Al-Folie sein kann und die eine dielektrisch wirksame Oxidschicht aufweist, die durch elektrochemische Verfahren direkt auf der Folie aufgebracht ist. Auch die Kathodenfolie weist eine dünne, ca. 1,5- 3 nm dicke Oxidschicht auf. Der Schichtstapel liegt üblicherweise in Form eines auf einen Dorn gewickelten Wickels vor, der in einen Aluminiumbecher eingebaut ist.
Zwischen den Folien befindet sich eine ein- oder mehrlagige Papierschicht, die mit dem Betriebselektrolyten imprägniert wird. Dieser Betriebselektrolyt stellt die eigentliche Katho- de dar.
Es sind Betriebselektrolyten der eingangs genannten Art bekannt, die zusätzlich Ammoniumsalze der Benzoesäure (Ammoni- umbenzoat) enthalten. Diese Betriebselektrolyten haben den Nachteil, daß sie aufgrund der bei gleichzeitiger Anwesenheit von Ammoniak, Säure und Alkohol stattfindenden Veresterungsreaktion eine Leitfähigkeit aufweisen, die nicht langzeitsta- bil ist. Insbesondere bei Lagerung des Betriebselektrolyten bei 105°C sinkt die Leitfähigkeit nach einer Lagerdauer von mehreren 100 Stunden signifikant ab.
Dadurch haben die den bekannten Betriebselektrolyten enthaltenden Kondensatoren einen hohen Wirkwiderstand (Electrosta- tic Serial Resistance = ESR) , was zu einer hohen Verlustwärme während des Betriebs der Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren führt .
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Betriebselektrolyten für Aluminium-Elektrolyt -Kondensatoren bereitzustellen, der eine verbesserte Langzeitstabilität der elektrischen Leitfähigkeit aufweist.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Betriebselektrolyten nach Anspruch 1 erreicht. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator mit dem erfindungsgemäßen Betriebselektrolyten sowie die Verwendung des Aluminium-Elektrolyt-Kondensators sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen .
Die Erfindung gibt einen Betriebselektrolyten an mit :
a) Ethylenglykol, b) p-Nitrobenzoesäure, c) Ammoniumhypophosphit , d) Ammoniumpentaborat , e) Polyethylenglykol, f) Einer Stoffmischung, die die Diammoniumsalze von 2 -Methyl - Nonandisäure, 2 , 4-Dimethyl-4-Methoxy-Carbonyl- Undecandisäure, 2,4, 6-Trimethyl-4 , 6-Dimethoxy-Carbonyl- Tridecandisäure und 8 , 9-Dimethyl-8 , 9-Dimethoxy-Carbonyl- Hexadecandisäure enthält, g) Salzen von Benzoesäurederivaten, die ausgewählt sind aus einer Gruppe mit der folgenden allgemeinen Formel:
Wobei R]_ und R2 gleich oder verschieden voneinander sind und gilt: - Rl ist aus einer Gruppe ausgewählt, die lineare oder verzweigte Alkylgruppen mit ein bis vier Kohlenstoffa- tomen enthält,
R2 ist aus einer Gruppe ausgewählt, die folgende Sub- stituenten enthält : I) Wasserstoff
II) ineare oder verzweigte Alkylgruppen mit ein bis vier Kohlenstoffatomen,
und M+ Ammoniumionen wie NH4+ und/oder organische alkylsub- stituierte Ammoniumionen umfaßt.
Der erfindungsgemäße Betriebselektrolyt hat den Vorteil, daß er aufgrund der hinzugesetzten Komponenten eine verbesserte Langzeitstabilität der Leitfähigkeit aufweist. Dies trifft insbesondere bei Lagerung des Betriebselektrolyten bei einer maximalen Betriebstemperatur von 105°C zu.
Durch die Alkylsubstitution der Benzoesäuresalze am Phenyl - ring entstehen Benzoesäurederivate, die Veresterungsreaktio- nen weniger zugänglich sind, als die Benzoesäure selbst. Diese Reaktion ist vor allem für die Verschlechterung der Leitfähigkeit des Betriebselektrolyten verantwortlich.
Eine Behinderung der Veresterung der Carbonsäurefunktion ist vor allem auf sterische Effekte zurückzuführen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Alkylsubstituenten in ortho- Position zur C-arbonsäurefunktion stehen, da hier die steri- sehen Effekte besonders ausgeprägt sind. Möglich sind aber auch Alkylsubstituenten in meta- oder para-Positionen, wobei dann auch induktive Effekte bei der Behinderung der Veresterung eine Rolle spielen können.
Als Substituenten können Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl - aber auch i-Propyl- und tert . -Butyl -Gruppen eingesetzt werden, wobei vor allem die sperrigen i-Propyl- und tert. -Butyl - Gruppen einen guten sterischen Effekt vermitteln.
Im erfindungsgemäßen Betriebselektrolyten dient Hypophosphit als Korrosionsinhibitor, der besonders vorteilhaft die Elektrodenfolien vor Oxidation schützt. Ammoniumpentaborat dient vor allem als Formiersalz zur Erhaltung der dielektrischen Oxidschicht auf den Elektroden des Kondensators, wirkt aber gleichzeitig auch als Leitsalz, da es in den Lösungsmitteln disoziiert. P-Nitrobenzoesäure ist besonders gut in der Lage, Gas, das möglicherweise während des Betriebs an den Elektroden entsteht, abzufangen, so daß der Innendruck im Kondensa- torgehäuse nicht ansteigt.
Neben diesen wesentlichen Bestandteilen kann der erfindungsgemäße Betriebselektrolyt noch geringe Mengen weiterer Bestandteile enthalten, die die gewünschten Eigenschaften des Elektrolyten nicht beeinträchtigen.
Vorteilhafterweise wird ein Betriebselektrolyt verwendet, bei dem Komponente g) ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Salze von Benzoesäurederivaten mit der folgenden allgemeinen Formel enthält:
Wobei Rl aus einer Gruppe ausgewählt ist, die lineare oder verzweigte Alkylgruppen mit ein bis vier Kohlenstof- fatomen enthält und M+ Ammoniumionen wie NH4+ und/oder organische alkylsubstituierte Ammoniumionen umfaßt.
Wie bereits oben genannt hat dies den Vorteil, daß durch Sub- stituenten in ortho-Position ein besonders guter sterischer Effekt vermittelt wird.
Weiterhin ist ein Betriebselektrolyt besonders vorteilhaft, bei dem Komponente g) Salze eines Benzoesäurederivats mit folgender Formel umfaßt:
Und M+ Ammoniumionen wie NH4+ und/oder organische alkylsubstituierte Ammoniumionen umfaßt.
In diesem Fall ist der sterische Effekt besonders ausgeprägt, da zwei Methylgruppen in beiden ortho-Positionen am Phenyl- ring vorhanden sind. Weiterhin ist dieses Salz der o- Dimethylbenzoesäure zusammen mit den anderen Komponenten des Betriebselektrolyten besonders gut löslich.
Weiterhin können Salze der Methylbenzoesäure mit folgender Formel Komponente g) sein:
Wobei M+ Ammoniumionen, NH4+ und/oder organische alkylsubstituierte Ammoniumionen umfaßt .
Die unter f) genannte Stoffmischung, die eine Komponente des Leitsalzes darstellt, wird dem Betriebselektrolyten vorteil- haft in Form von MMA-IORA beigemengt. MMA-IORA ist eine dem Fachmann bekannte Substanzklasse, die die unter f) genannten Bestandteile enthält und z. B. in Form einer 20 %igen Lösung der Diammoniumsalze von MMA-10R in Ethylenglykol erhältlich ist. Unter MMA-10R ist dabei eine Mischung mit folgenden Bestandteilen zu verstehen:
a) 40 - 51 Gewichtsprozent 2 -Methyl -Nonandisäure b) 10 - 16 Gewichtsprozent 2 , 4-Dimethyl-4-Methoxy-Carbonyl- Undecandisäure c) 10 - 14 Gewichtsprozent 2 , 4 , 6-Trimethyl-4 , 6-Dimethoxy- Carbonyl -Tridecandisäure d) 19 - 26 Gewichtsprozent 8 , 9-Dimethyl-8 , 9-Dimethoxy- Carbonyl -Hexadecandisäure
Desweiteren kann MMA-10RA 5 - 10 Gewichtsprozent an üblichen, die gewünschten Eigenschaften vom MMA-10RA nicht beeinträchtigenden Verunreinigungen enthalten.
Besonders vorteilhaft kann eine MMA-10R - Mischung eingesetzt werden, die folgende Bestandteile enthält: a) 45,6 Gewichtsprozent 2 -Methyl -Nonandisäure b) 13 Gewichtsprozent 2 , 4-Dimethyl-4 -Methoxy-Carbonyl- Undecandisäure c) 12,1 Gewichtsprozent 2 , 4 , 6-Trimethyl-4 , 6-Dimethoxy- Carbonyl -Tridecandisäure d) 22,3 Gewichtsprozent 8 , 9-Dimethyl-8 , 9-Dimethoxy-Carbonyl- Hexadecandisäure
Des weiteren ist ein Betriebselektrolyt Gegenstand der Erfindung der folgende Komponenten aufweist:
a) 40 - 85 Gew.-% Ethylenglykol b) 0,001 - 5,0 Gew.-% p-Nitrobenzoesäure c) 0,001 - 0,5 Gew.-% Ammoniumhypophosphit d) 1 - 10 Gew.-% Ammoniumpentaborat e) 1 - 10 Gew.=% Polyethylenglykol f) 10 - 50 Gew.-% einer Stoffmischung, die die Diammoniumsalze von 2 -Methyl -Nonandisäure, 2 , 4-Dimethyl-4-Methoxy- Carbonyl-Undecandisäure, 2,4, 6-Trimethyl-4 , 6-Dimethoxy- Carbonyl-Tridecandisäure und 8 , 9-Dimethyl-8 , 9-Dimethoxy- Carbonyl-Hexadecandisäure enthält g) 1 - 10 Gew.-% von Ammoniumsalzen der Methylbenzoesäure.
Es ist darüber hinaus ein Betriebselektrolyt für Aluminium- Elektrolyt-Kondensatoren besonders vorteilhaft, der folgende Bestandteile umfaßt: a) 50 - 80 Gew.-% Ethylenglykol b) 0,2 - 0,7 Gew.-% p-Nitrobenzoesäure c) 0,001 - 0,2 Gew.-% Ammoniumhypophosphit d) 2 - 4,5 Gew.-% Ammoniumpentaborat e) 1 - 5 Gew.-% Polyethylenglykol f) 20 - 40 Gew.-% einer Stoffmischung, die die Diammoniumsalze von 2 -Methyl -Nonandisäure, 2 , 4-Dimethyl-4-Methoxy- Carbonyl-Undecandisäure, 2,4, 6-Trimethyl-4 , 6-Dimethoxy- Carbonyl-Tridecandisäure und 8 , 9-Dimethyl-8 , 9-Dimethoxy- Carbonyl-Hexadecandisäure enthält g) 2 - 8 Gew.-% von Ammoniumsalzen der Methylbenzoesäure.
Neben diesen wesentlichen Bestandteilen kann der erfindungsgemäße Betriebselektrolyt noch geringe Mengen weiterer Be- standteile enthalten, die die gewünschten Eigenschaften des Elektrolyten nicht beeinträchtigen.
Als Komponente g) ist ortho-, meta oder para-substituierte Methylbenzoesäure geeignet, ebenso Mischungen der genannten Isomeren. Insbesondere hat sich das Salz der o-Methyl-
Benzoesäure als vorteilhafter Bestandteil des Betriebselektrolyten erwiesen.
Ferner gibt die Erfindung einen Aluminium-Elektrolyt- Kondensator an, bei dem der Elektrolyt der erfindungsgemäße Betriebselektrolyt ist. Der Kondensator weist einen Schichtstapel mit einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht auf Zwischen der Anodenschicht und der Kathodenschicht ist eine mit dem Elektrolyten getränkte Trennschicht angeordnet. Auf ihren der Trennschicht zugewandten Seiten weisen die Anoden- und die Kathodenschicht jeweils eine Oxidschicht auf. Die An- odenschicht und die Kathodenschicht bestehen aus Aluminium, während die Oxidschichten aus Aluminiumoxid bestehen.
Der erfindungsgemäße Aluminium-Elektrolyt -Kondensator hat den Vorteil, daß er aufgrund der Verwendung des erfindungsgemäßen Betriebselektrolyten eine höhere Langzeitstabilität der elektrischen Leitfähigkeit insbesondere bei Einsatz des Kondensators im Temperaturbereich zwischen -25°C und 105°C aufweist.
Ferner gibt die Erfindung die Verwendung des Betriebselektro- lyten in einem Aluminium-Elektrolyt-Kondensator für Spannungen zwischen 350 und 450 V an. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Betriebselektrolyt für Kondensatoren mit einer Betriebsspannung von 450 V geeignet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt die elektrische Leitfähigkeit von beispielhaften erfindungsgemäßen Elektrolyten im Vergleich mit einem be- kannten Elektrolyten, gemessen in Abhängigkeit von der Lagerdauer, in einer schematischen Darstellung.
Figur 2 zeigt beispielhaft einen Kondensatorwickel eines erfindungsgemäßen Aluminium-Elektrolyt -Kondensators im Schema- tischen Querschnitt.
In der folgenden Tabelle 1 sind die Zusammensetzungen von drei erfindungsgemäßen Betriebselektrolyten (Beispiele B2 bis B4) der^Zusammensetzung eines bekannten Betriebselektrolyten (Beisp ei: Bl)- gegenübergestellt . Darüber hinaus sind die Wer- te für die elektrische Leitfähigkeit und die Funkenspannung der Betriebselektrolyten anαeαeben. Tabelle 1: Zusammensetzung verschiedener Betriebselektrolyten
Die Tabelle zeigt, daß die erfindungsgemäßen Ausführungsbei- spiele des Betriebselektrolyten gegenüber dem bekannten Betriebselektrolyten keine Nachteile hinsichtlich Leitfähigkeit oder Funkenspannung aufweisen.
Demgegenüber weisen die erfindungsgemäßen Betriebselektrolyte gemäß den Beispielen B2 bis B4 eine verbesserte Temperaturstabilität der Leitfähigkeit bei Lagerung bei einer Temperatur von 105°C auf. Dies geht aus Figur 1 hervor, wo die relative Leitfähigkeit Lre]_ _ in Abhängigkeit von der Lagerdauer t bei Lagerung bei einer Temperatur von 105°C dargestellt ist. Unter der relativen Leitfähigkeit Lre]_ _ ist die Leitfähigkeit des Betriebselektrolyten nach Lagerung für eine bestimmte Dauer bezogen auf die Leitfähigkeit des Betriebselektrolyten zu Beginn der Lagerung, bei t = 0, zu verstehen. Aus Figur 1 geht hervor, daß insbesondere der Betriebselektrolyt gemäß Beispiel 2 eine wesentlich verbesserte Langzeitstabilität der Leitfähigkeit bei Lagerung bei 105°C aufweist. Auch die anderen beiden erfindungsgemäßen Betriebse- lektrolyten gemäß B2 und B3 weisen nach Lagerung für eine Dauer von 1000 Stunden eine bessere relative Leitfähigkeit Lre]_ _ auf als der bekannte Betriebselektrolyt gemäß Bl .
Figur 2 zeigt beispielhaft den Schichtstapel eines erfin- dungsgemäßen Aluminium-Elektrolyt -Kondensators im schematischen Querschnitt.
Der Kondensatorwickel eines erfindungsgemäßen Elektrolyt- Kondensators gemäß Figur 2 besteht aus einer Anodenschicht 1, die an ihrer Oberseite eine Anoden-Oxidschicht 4 aufweist.
Die Anodenschicht 1 ist eine Aluminiumfolie von ca. 50-120 μm Dicke. Die Anoden-Oxidschicht 4 besteht aus Aluminiumoxid und weist eine Dicke zwischen 0,05 und 2 μm auf.
Über der Anoden-Oxidschicht 4 ist eine Trennschicht 3 angeordnet. Die Trennschicht 3 hat eine Dicke zwischen 30 und 200 μm und besteht vorzugsweise aus Papier. Über der Trennschicht 3 ist eine Kathodenschicht 2 angeordnet, die auf ihrer der Trennschicht 3 zugewandten Seite eine Kathoden- Oxidschicht 5 aufweisen kann. Die Trennschicht 3 ist mit dem erfindungsgemäßen Betriebselektrolyten getränkt .
Die Kathodenschicht 2 besteht aus Aluminium und weist eine Dicke zwischen 20 und 60 μm auf. Die Kathoden-Oxidschicht 5 besteht aus Aluminiumoxid und weist eine Dicke zwischen 1,5 und 3 nm auf. Die Anodenschicht 1 und die Kathodenschicht 2 sind jeweils mit einem Kondensatoranschluß 6 elektrisch leitend verbunden.
Der in der Figur 2 gezeigte Kondensatorwickel liegt üblicherweise in Form eines auf einen Dorn gewickelten Wickels vor, der in einen Aluminiumbecher eingebaut ist.

Claims

Patentansprüche
1. Betriebselektrolyt für einen Aluminium-Elektrolytkondensator mit den Komponenten: a) Ethylenglykol, b) p-Nitrobenzoesäure, c) Ammoniumhypophosphit , d) Ammoniumpentaborat , e) Polyethylenglykol, f) Eine Stoffmischung, die die Diammoniumsalze von 2 -Methyl- Nonandisäure, 2 , 4-Dimethyl-4-Methoxy-Carbonyl- Undecandisäure, 2,4, 6-Trimethyl-4 , 6-Dimethoxy-Carbonyl- Tridecandisäure und 8 , 9-Dimethyl-8 , 9-Dimethoxy-Carbonyl- Hexadecandisäure enthält, g) Ein Salz eines Benzoesaurederivats mit der folgenden allgemeinen Formel :
Wobei R_ und R2 gleich oder verschieden voneinander sind und gilt:
Rl ist eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit ein bis vier Kohlenstoffatomen,
R2 ist aus einer Gruppe ausgewählt, die folgende Sub- stituenten enthält:
I) Wasserstoff
II) Lineare oder verzweigte Alkylgruppen mit ein bis vier Kohlenstoffatomen,
und M+ Ammoniumionen wie NH4+ und/oder organische alkylsubstituierten Ammoniumionen umfaßt.
2. Betriebselektrolyt nach dem vorherigen Anspruch, bei dem Komponente g) ein Salz eines Benzoesaurederivats ist und der folgenden allgemeinen Formel gehorcht :
Wobei Rl eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit ein bis vier Kohlenstoffatomen ist und M+ Ammoniumionen wie NH4+ und/oder organische alkylsubstituierte Ammoniumionen umfaßt .
Betriebselektrolyt nach Anspruch 1, bei dem Komponente g) Salze eines Benzoesaurederivats mit folgender Formel umfaßt :
Und M+ Ammoniumionen wie NH4+ und/oder organische alkylsubstituierte Ammoniumionen umfaßt.
4. Betriebselektrolyt nach Anspruch 1, bei dem Komponente g) Salze eines Benzoesaurederivats mit folgender Formel umfaßt :
Wobei M+ Ammoniumionen wie NH4+ und/oder organische alkylsubstituierte Ammoniumionen umfaßt.
5. Betriebselektrolyt für einen Aluminium-Elektrolyt- Kondensator nach einem der Ansprüche 1 oder 4 mit : a) 40 - 85 Gew.-% Ethylenglykol, b) 0,001 - 5,0 Gew.-% p-Nitrobenzoesäure, c) 0,001 - 0,5 Gew.-% Ammoniumhypophosphit , d) 1 - 10 Gew.-% Ammoniumpentaborat , e) 1 - 10 Gew.-% Polyethylenglykol, f) 10 - 50 Gew.-% einer Stoffmischung, die die Diammoniumsalze von 2 -Methyl-Nonandisäure, 2 , 4-Dimethyl-4- Methoxy-Carbonyl-Undecandisäure, 2,4, 6-Trimethyl-4 , 6- Dimethoxy-Carbonyl-Tridecandisäure und 8 , 9-Dimethyl-8 , 9- Dimethoxy-Carbonyl-Hexadecandisäure enthält, g) 1 - 10 Gew.-% von Ammoniumsalzen der Methylbenzoesäure .
6. Betriebselektrolyt nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5 mit : a) 50 - 80 Gew.-% Ethylenglykol, b) 0,2 - 0,7 Gew.-% p-Nitrobenzoesäure, c) 0,001 - 0,2 Gew.-% Ammoniumhypophosphit, d) 2 - 4,5 Gew.-% Ammoniumpentaborat, e) 1 - 5 Gew.-% Polyethylenglykol, f) 20 - 40 Gew.-% einer Stoffmischung, die die Diammoniumsalze von 2 -Methyl -Nonandisäure, 2 , 4-Dimethyl-4- Methoxy-Carbonyl-Undecandisäure, 2,4, 6-Trimethyl-4 , 6- Dimethoxy-Carbonyl-Tridecandisäure und 8 , 9-Dimethyl-8 , 9- Dimethoxy-Carbonyl-Hexadecandisäure enthält, g) 2 - 8 Gew.-% von Ammoniumsalzen der Methylbenzoesäure,
7. Betriebselektrolyt nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 oder 6,
- bei dem der Anteil der Ammoniumsalze der Methylbenzoesäure Substanzen umfaßt, die aus einer Substanzgruppe ausgewählt sind, welche Ammoniumsalze der o-
Methylbenzoesäure, Ammoniumsalze der m-Methylbenzoesäure und Ammoniumsalze der p-Methylbenzoesäure umfaßt.
8. Aluminium-Elektrolyt-Kondensator mit einem Betriebselektrolyten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ei- nen Kondensatorwickel mit einer Anoden- (1) und einer Kathodenschicht (2) sowie einer dazwischenliegenden, mit dem Betriebselektrolyten getränkten Trennschicht (3) aufweist, und bei dem die Anoden- (1) und die Kathodenschicht (2) auf ihrer der Trennschicht (3) zugewandten Seite jeweils eine Oxidschicht (4, 5) aufweisen.
9. Verwendung eines Aluminium-Elektrolyt-Kondensators nach Anspruch 8 für Betriebsspannungen zwischen 350 und 450 V.
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