JP2000150314A - Solid-state electrolytic capacitor and its manufacture - Google Patents

Solid-state electrolytic capacitor and its manufacture

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JP2000150314A
JP2000150314A JP35057999A JP35057999A JP2000150314A JP 2000150314 A JP2000150314 A JP 2000150314A JP 35057999 A JP35057999 A JP 35057999A JP 35057999 A JP35057999 A JP 35057999A JP 2000150314 A JP2000150314 A JP 2000150314A
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capacitor element
separator
electrode foil
solid
oxidizing agent
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Kazuhiro Hatanaka
一裕 畑中
Atsuko Kaneko
敦子 金子
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Nippon Chemi Con Corp
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Nippon Chemi Con Corp
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  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a solid-state electrolytic capacitor which is excellent in electric characteristic and has large capacitance and its manufacturing method by forming a solid electrolytic layer composed of dense and uniform conductive polymer in a wound type capacitor element. SOLUTION: A capacitor element 10 is formed by winding an anode foil 1 and a cathode foil 2 via a separator 3, and impregnated with mixed solution in which 3,4-ethylene dioxy thiophene(EDT) and oxidizing agent are mixed. The mixed solution permeates into the capacitor element 10. In the process of permeation and thereafter, gentle polymerization reaction of EDT and the oxidizing agent is generated. By this reaction, a solid electrolyte layer composed of polyethylene dioxy thiophene is obtained in the capacitor element 10. This layer is closely brought into contact with both of the electrode foils by a fastening force of the wound capacitor element, so that a solid-state electrolytic capacitor excellent in electric characteristic can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、固体電解コンデ
ンサおよびその製造方法にかかり、特に導電性高分子を
電解質に用いた固体電解コンデンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid electrolytic capacitor and a method for manufacturing the same, and more particularly to a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer as an electrolyte.

【0002】[0002]

【従来の技術】電解コンデンサは、タンタル、アルミニ
ウム等の弁作用金属からなるとともに微細孔やエッチン
グピットを備える陽極電極の表面に、誘電体となる酸化
皮膜層を形成し、この酸化皮膜層から電極を引き出した
構成からなる。
2. Description of the Related Art An electrolytic capacitor is formed by forming an oxide film layer serving as a dielectric on the surface of an anode electrode made of a valve metal such as tantalum or aluminum and having fine holes and etching pits. Is drawn out.

【0003】そして、酸化皮膜層からの電極の引出し
は、導電性を有する電解質層により行っている。したが
って、電解コンデンサにおいては電解質層が真の陰極を
担うことになる。例えば、アルミニウム電解コンデンサ
では、液状の電解質を真の電極として用い、陰極電極は
この液状電解質と外部端子との電気的な接続を担ってい
るにすぎない。
[0003] The extraction of the electrode from the oxide film layer is performed by a conductive electrolyte layer. Therefore, in the electrolytic capacitor, the electrolyte layer serves as a true cathode. For example, in an aluminum electrolytic capacitor, a liquid electrolyte is used as a true electrode, and a cathode electrode only serves to electrically connect the liquid electrolyte to an external terminal.

【0004】真の陰極として機能する電解質層は、酸化
皮膜層との密着性、緻密性、均一性などが求められる。
特に、陽極電極の微細孔やエッチングピットの内部にお
ける密着性が電気的な特性に大きな影響を及ぼしてお
り、従来数々の電解質層が提案されている。
[0004] The electrolyte layer functioning as a true cathode is required to have adhesion, denseness, uniformity, etc. with the oxide film layer.
In particular, the adhesion in the fine holes of the anode electrode and the inside of the etching pits has a great effect on the electrical characteristics, and a number of electrolyte layers have been proposed.

【0005】固体電解コンデンサは、イオン伝導である
ために高周波領域でのインピーダンス特性に欠ける液状
の電解質の替わりに導電性を有する固体の電解質を用い
るもので、なかでも二酸化マンガンや7、7、8、8−
テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体が知られて
いる。
The solid electrolytic capacitor uses a solid electrolyte having conductivity instead of a liquid electrolyte which lacks impedance characteristics in a high frequency range because of ionic conduction. Among them, manganese dioxide, 7, 7, and 8 are used. , 8-
Tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complexes are known.

【0006】二酸化マンガンからなる固体電解質層は、
硝酸マンガン水溶液に、タンタルの焼結体からなる陽極
素子を浸漬し、300℃〜400℃前後の温度で熱分解
して生成している。このような固体電解質層を用いたコ
ンデンサでは、硝酸マンガンの熱分解の際に酸化皮膜層
が破損し易く、そのため漏れ電流が大きくなる傾向が見
られ、また二酸化マンガン自体の比抵抗も高いためにイ
ンピーダンス特性において充分満足できる特性を得るこ
とは困難であった。また熱処理によるリード線の損傷も
あり、後工程として接続用の外部端子を別途設ける必要
があった。
[0006] The solid electrolyte layer made of manganese dioxide is
The anode element made of a sintered body of tantalum is immersed in an aqueous solution of manganese nitrate, and is produced by thermal decomposition at a temperature of about 300 to 400 ° C. In a capacitor using such a solid electrolyte layer, the oxide film layer is easily damaged during the thermal decomposition of manganese nitrate, which tends to increase the leakage current, and the specific resistance of manganese dioxide itself is high. It has been difficult to obtain sufficiently satisfactory impedance characteristics. In addition, the lead wire was damaged by the heat treatment, and it was necessary to separately provide an external terminal for connection as a later process.

【0007】TCNQ錯体を用いた固体電解コンデンサ
としては、特開昭58−191414号公報に記載され
たものなどが知られており、TCNQ錯体を熱溶融して
陽極電極に浸漬、塗布して固体電解質層を形成してい
る。このTCNQ錯体は、導電性が高く、周波数特性や
温度特性において良好な結果を得ることができる。
As a solid electrolytic capacitor using a TCNQ complex, one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-191414 is known. An electrolyte layer is formed. This TCNQ complex has high conductivity and can obtain good results in frequency characteristics and temperature characteristics.

【0008】しかし、TCNQ錯体は溶融したのち短時
間で絶縁体に移行する性質があるため、コンデンサの製
造過程における温度管理が困難であるほか、TCNQ錯
体自体が耐熱性に欠けるため、プリント基板に実装する
際の半田熱により著しい特性変動が見られる。
However, since the TCNQ complex has a property of being transferred to an insulator in a short time after being melted, it is difficult to control the temperature in the manufacturing process of the capacitor. A remarkable characteristic change is seen due to solder heat at the time of mounting.

【0009】これら二酸化マンガンやTCNQ錯体の持
つ不都合を解決するため、ポリピロール等の導電性高分
子を固体電解質層として用いることが試みられている。
In order to solve the disadvantages of the manganese dioxide and the TCNQ complex, attempts have been made to use a conductive polymer such as polypyrrole as the solid electrolyte layer.

【0010】ポリピロールに代表される導電性高分子
は、主に化学的酸化重合法(化学重合)や電解酸化重合
法(電解重合)により生成されるが、化学的酸化重合法
では、強度の強い皮膜を緻密に生成することは困難であ
った。一方、電解酸化重合法では、皮膜を生成する対象
物に電圧を印加する必要があり、そのため表面に絶縁体
である酸化皮膜層が形成された電解コンデンサ用の陽極
電極に適用することは困難で、酸化皮膜層の表面に、予
め導電性のプレコート層、例えば酸化剤を用いて化学重
合した導電性高分子膜をプレコート層とし、その後この
プレコート層を電極として電解重合による電解質層を形
成する方法などが提案されている(特開昭63−173
313号公報、特開昭63−158829号公報:二酸
化マンガンをプレコート層とする)。
The conductive polymer represented by polypyrrole is mainly produced by a chemical oxidative polymerization method (chemical polymerization) or an electrolytic oxidative polymerization method (electrolytic polymerization). It was difficult to form a film densely. On the other hand, in the electrolytic oxidation polymerization method, it is necessary to apply a voltage to an object to form a film, and therefore, it is difficult to apply the method to an anode electrode for an electrolytic capacitor having an oxide film layer as an insulator formed on the surface. A method in which an electroconductive precoat layer, for example, a conductive polymer film chemically polymerized using an oxidizing agent is used as a precoat layer on the surface of the oxide film layer, and then an electrolyte layer is formed by electrolytic polymerization using the precoat layer as an electrode. And the like have been proposed (JP-A-63-173).
313, JP-A-63-158829: Manganese dioxide is used as the precoat layer).

【0011】しかし、予めプレコート層を形成するため
製造工程が煩雑となるほか、電解重合では、陽極電極の
被皮膜面に配置した重合用の外部電極の近傍から固体電
解質層が生成されるため、広範囲にわたって均一な厚さ
の導電性高分子膜を連続的に生成することは非常に困難
であった。
However, the manufacturing process becomes complicated because the pre-coat layer is formed in advance, and in the electrolytic polymerization, a solid electrolyte layer is generated from the vicinity of the external electrode for polymerization arranged on the surface of the anode electrode to be coated. It has been very difficult to continuously produce a conductive polymer film having a uniform thickness over a wide range.

【0012】そこで、箔状の陽極電極及び陰極電極を、
セパレータを介して巻き取って、いわゆる巻回型のコン
デンサ素子を形成し、このコンデンサ素子にピロール等
のモノマー溶液と酸化剤を浸漬して化学重合のみにより
生成した導電性高分子膜からなる電解質層を形成するこ
とを試みた。
Therefore, a foil-like anode electrode and a cathode electrode are
An electrolyte layer consisting of a conductive polymer film formed only by chemical polymerization by immersing a monomer solution such as pyrrole and an oxidizing agent into this capacitor element by winding it up through a separator to form a so-called winding type capacitor element Tried to form

【0013】このような巻回型のコンデンサ素子は、ア
ルミニウム電解コンデンサにおいて周知であるが、導電
性高分子層をセパレータで保持することで電解重合の煩
雑さを回避するとともに、併せて表面積の大きい箔状の
電極により容量を拡大させることが期待された。更に、
巻回型のコンデンサ素子を用いることで、両極の電極と
セパレータが一定の緊締力で保持され、両極の電極と電
解質層との密着性に貢献することが期待された。
[0013] Such a wound type capacitor element is well known for an aluminum electrolytic capacitor, but by holding a conductive polymer layer with a separator, it is possible to avoid the complication of electrolytic polymerization and also to increase the surface area. It was expected that the capacity would be expanded by the foil-like electrode. Furthermore,
It was expected that the use of a wound-type capacitor element would maintain both electrodes and the separator with a constant tightening force and contribute to the adhesion between the electrodes and the electrolyte layer.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかし、モノマー溶液
と酸化剤とを混合した混合溶液をコンデンサ素子に含浸
したところ、コンデンサ素子の内部にまで固体電解質層
が形成されておらず、期待された電気的特性を得ること
はできないことが判明した。
However, when a capacitor element is impregnated with a mixed solution obtained by mixing a monomer solution and an oxidizing agent, a solid electrolyte layer is not formed even inside the capacitor element, and the expected electric power is not obtained. It turned out that the characteristic could not be obtained.

【0015】そこで、モノマー溶液と酸化剤を別々に含
浸したり、反応の際の溶液の重合温度を低くしたとこ
ろ、ある程度良好な電気的特性が得られたが、耐圧特性
だけは不充分であるという問題点があった。その原因
は、これらの手段によっても、コンデンサ素子の端面付
近に生成された固体電解質層がそれ以降の溶液の浸透を
妨害してその内部にまで充分な溶液が浸透しておらず、
結果として緻密で均一な固体電解質層を形成するには至
っていないことが原因と考えられた。
Therefore, when the monomer solution and the oxidizing agent are separately impregnated or the polymerization temperature of the solution at the time of the reaction is lowered, good electrical properties are obtained to some extent, but only the pressure resistance is insufficient. There was a problem. The cause is that even with these means, the solid electrolyte layer generated near the end face of the capacitor element hinders the subsequent permeation of the solution, and a sufficient solution has not penetrated into the inside,
As a result, it was considered that the reason was that a dense and uniform solid electrolyte layer was not formed.

【0016】また、低温で化学重合をする場合、厳重な
温度制御が必要であるほか、製造装置が複雑になり、結
果として製品コストが高くなってしまう問題点もあっ
た。
In addition, when chemical polymerization is carried out at a low temperature, strict temperature control is required, and the production equipment becomes complicated, resulting in an increase in product cost.

【0017】一方で、各種の導電性高分子について検討
を重ねたところ、反応速度が緩やかで、かつ陽極電極の
酸化皮膜層との密着性に優れたポリエチレンジオキシチ
オフェン(PEDT)に着目した(特開平2−1561
1号公報)。
On the other hand, as a result of repeated studies on various conductive polymers, attention was paid to polyethylenedioxythiophene (PEDT), which has a slow reaction rate and excellent adhesion to the oxide film layer of the anode electrode ( JP-A-2-1561
No. 1).

【0018】本発明は、ポリエチレンジオキシチオフェ
ンの重合反応速度が緩やかなことに着目し、巻回型のコ
ンデンサ素子の内部に、緻密で均一な導電性高分子から
なる固体電解質層を生成し、電気的特性に優れかつ大容
量の固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供するこ
とを課題としている。
The present invention focuses on the fact that the polymerization reaction rate of polyethylenedioxythiophene is slow, and forms a solid electrolyte layer made of a dense and uniform conductive polymer inside a wound capacitor element, An object of the present invention is to provide a solid electrolytic capacitor having excellent electric characteristics and a large capacity, and a method for manufacturing the same.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明の固体電解コンデ
ンサでは、3,4−エチレンジオキシチオフェンと酸化
剤とを混合した混合溶液を、陽極電極箔と陰極電極箔と
をセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に含浸
し、セパレータに浸透した前記混合溶液中の重合反応に
より生成したポリエチレンジオキシチオフェンを電解質
層としてセパレータで保持している。
In a solid electrolytic capacitor according to the present invention, a mixed solution obtained by mixing 3,4-ethylenedioxythiophene and an oxidizing agent is wound around an anode electrode foil and a cathode electrode foil via a separator. Polyethylene dioxythiophene generated by a polymerization reaction in the mixed solution impregnated in the turned capacitor element and permeated into the separator is held by the separator as an electrolyte layer.

【0020】そしてこのような固体電解コンデンサを製
造するために、3,4−エチレンジオキシチオフェンと
酸化剤とを混合した混合溶液を、陽極電極箔と陰極電極
箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に含
浸し、セパレータに浸透した前記混合溶液中の重合反応
によりポリエチレンジオキシチオフェンを生成する。
In order to manufacture such a solid electrolytic capacitor, a mixed solution obtained by mixing 3,4-ethylenedioxythiophene and an oxidizing agent is wound around an anode electrode foil and a cathode electrode foil via a separator. The resulting capacitor element is impregnated with the mixed solution and permeates the separator to produce polyethylenedioxythiophene by a polymerization reaction in the mixed solution.

【0021】このように、本発明では、陽極電極箔と陰
極電極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素
子に、3,4−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤と
を混合した混合溶液を含浸することにより、コンデンサ
素子の内部にまでこの混合溶液が浸透し、その浸透する
過程及び浸透後に起きる3,4−エチレンジオキシチオ
フェンと酸化剤との穏やかな重合反応でポリエチレンジ
オキシチオフェン、すなわち固体電解質層をコンデンサ
素子の内部においても生成させ、また固体電解質層を、
その生成過程からセパレータで保持した状態で固体電解
質層を形成している。
As described above, in the present invention, the capacitor element in which the anode electrode foil and the cathode electrode foil are wound via the separator is impregnated with the mixed solution obtained by mixing 3,4-ethylenedioxythiophene and the oxidizing agent. By doing so, the mixed solution penetrates into the inside of the capacitor element, and polyethylene dioxythiophene, that is, solid is formed by a mild polymerization reaction between the 3,4-ethylenedioxythiophene and the oxidizing agent that occurs during the permeation and after the permeation. The electrolyte layer is also generated inside the capacitor element, and the solid electrolyte layer is
The solid electrolyte layer is formed while being held by the separator from the generation process.

【0022】しかも、コンデンサ素子は、陽極電極箔と
陰極電極箔とを、セパレータを介して一定の緊締力で巻
き取っているため、陽極電極箔、陰極電極箔及びセパレ
ータがそれぞれ一定の圧力で密着しており、セパレータ
によって保持された固体電解質層も結果的に一定の圧力
で陽極電極箔に密着している。そのため、陽極電極箔上
の酸化皮膜層と固体電解質層との密着性が向上し、所望
の電気的特性を得ることが容易になる。
In addition, since the capacitor element winds up the anode electrode foil and the cathode electrode foil with a certain tightening force via the separator, the anode electrode foil, the cathode electrode foil and the separator adhere to each other at a certain pressure. As a result, the solid electrolyte layer held by the separator is also in close contact with the anode electrode foil at a constant pressure. Therefore, the adhesion between the oxide film layer on the anode electrode foil and the solid electrolyte layer is improved, and it becomes easy to obtain desired electrical characteristics.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】次いで、本発明の実施の形態を図
面を用いて説明する。図1は、本発明の固体電解コンデ
ンサで、アルミニウム等の弁作用金属からなり表面に酸
化皮膜層が形成された陽極電極箔1と陰極電極箔2と
を、セパレータ3を介して巻回してコンデンサ素子を形
成する。そして、このコンデンサ素子に3,4−エチレ
ンジオキシチオフェンと酸化剤とを混合した混合溶液を
含浸してセパレータ3に浸透した前記混合溶液中の重合
反応により生成したポリエチレンジオキシチオフェンを
固体電解質層5としてセパレータ3で保持している。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a solid electrolytic capacitor according to the present invention, in which an anode electrode foil 1 and a cathode electrode foil 2 made of a valve metal such as aluminum and having an oxide film layer formed on the surface thereof are wound via a separator 3. An element is formed. Then, the capacitor element is impregnated with a mixed solution obtained by mixing 3,4-ethylenedioxythiophene and an oxidizing agent, and the polyethylenedioxythiophene generated by a polymerization reaction in the mixed solution that has permeated the separator 3 is applied to the solid electrolyte layer. 5 is held by the separator 3.

【0024】陽極電極箔1は、アルミニウム等の弁作用
金属からなり、図2に示すように、その表面を、塩化物
水溶液中での電気化学的なエッチング処理により粗面化
して多数のエッチングピット8を形成している。更にこ
の陽極電極箔1の表面には、ホウ酸アンモニウム等の水
溶液中で電圧を印加して誘電体となる酸化皮膜層4を形
成している。
The anode electrode foil 1 is made of a valve metal such as aluminum. As shown in FIG. 2, the surface of the anode electrode foil 1 is roughened by electrochemical etching in a chloride aqueous solution to form a large number of etching pits. 8 are formed. Further, on the surface of the anode electrode foil 1, a voltage is applied in an aqueous solution of ammonium borate or the like to form an oxide film layer 4 serving as a dielectric.

【0025】陰極電極箔2は、陽極電極箔1と同様にア
ルミニウム等からなり、表面にエッチング処理のみが施
されているものを用いる。
The cathode electrode foil 2 is made of aluminum or the like, like the anode electrode foil 1, and has only a surface subjected to etching.

【0026】陽極電極箔1及び陰極電極箔2にはそれぞ
れの電極を外部に接続するためのリード線6、7が、ス
テッチ、超音波溶接等の公知の手段により接続されてい
る。このリード線6、7は、アルミニウム等からなり、
陽極電極箔1、陰極電極箔2との接続部と外部との電気
的な接続を担う外部接続部からなり、巻回したコンデン
サ素子10の端面から導出される。
Lead wires 6 and 7 for connecting the respective electrodes to the outside are connected to the anode electrode foil 1 and the cathode electrode foil 2 by known means such as stitching and ultrasonic welding. The lead wires 6 and 7 are made of aluminum or the like,
It comprises an external connection portion for electrically connecting the connection portion between the anode electrode foil 1 and the cathode electrode foil 2 and the outside, and is led out from the end face of the wound capacitor element 10.

【0027】セパレータ3は、コンデンサ素子10に含
浸する混合溶液中の酸化剤とセパレータ3とが酸化反応
を起こし、酸化剤の酸化能力が低下するおそれのないも
のであれば良い。例えば、ガラスペーパーもしくはガラ
スペーパーと、マニラ紙、クラフト紙等の紙とを混抄し
たセパレータを用いることができる。ガラスペーパーと
紙とを混抄したセパレータを用いる場合、その単位面積
当たりの重量における混抄率は、紙が80%以下である
ことが望ましい。またセパレータ3の厚さは任意でよい
が、厚いセパレータを用いる場合は巻回されるコンデン
サ素子10の径寸法も大きくなるため、セパレータの引
張強度に応じて選択すればよい。例えば、ガラスペーパ
ーよりなるセパレータや、ガラスペーパーと、マニラ
紙、クラフト紙等の紙とを混抄したセパレータを用いる
場合には、80μmないし200μmのものが好適であ
る。
The separator 3 may be any as long as the oxidizing agent in the mixed solution impregnating the capacitor element 10 does not cause an oxidizing reaction with the separator 3 to lower the oxidizing ability of the oxidizing agent. For example, glass paper or a separator obtained by mixing glass paper with paper such as manila paper or kraft paper can be used. When a separator in which glass paper and paper are mixed is used, the mixing ratio in terms of the weight per unit area is desirably 80% or less for paper. The thickness of the separator 3 may be arbitrarily selected. However, when a thick separator is used, the diameter of the wound capacitor element 10 is also increased. Therefore, the separator may be selected in accordance with the tensile strength of the separator. For example, when a separator made of glass paper or a separator obtained by mixing glass paper and paper such as manila paper or kraft paper is used, those having a thickness of 80 μm to 200 μm are preferable.

【0028】コンデンサ素子10は、上記の陽極電極箔
1と陰極電極箔2とを、セパレータ3を間に挟むように
して巻き取って形成している。両極電極箔1、2の寸法
は、製造する固体電解コンデンサの仕様に応じて任意で
あり、セパレータ3も両極電極箔1、2の寸法に応じて
これよりやや大きい幅寸法のものを用いればよい。
The capacitor element 10 is formed by winding the above-mentioned anode electrode foil 1 and cathode electrode foil 2 with the separator 3 interposed therebetween. The dimensions of the bipolar electrode foils 1 and 2 are arbitrary according to the specifications of the solid electrolytic capacitor to be manufactured, and the separator 3 may have a width slightly larger than this according to the dimensions of the bipolar electrode foils 1 and 2. .

【0029】3,4−エチレンジオキシチオフェンは、
特開平2−15611号公報等により開示された公知の
製法により得ることができる。また、酸化剤は、エチレ
ングリコールに溶解したp−トルエンスルホン酸第二鉄
を用いている。この酸化剤におけるエチレングリコール
とp−トルエンスルホン酸第二鉄の比率は任意でよい
が、本発明では1:1のものを用いている。この酸化剤
と3,4−エチレンジオキシチオフェンとの配合比は
1:3ないし1:15の範囲が好適である。
3,4-ethylenedioxythiophene is
It can be obtained by a known production method disclosed in JP-A-2-15611 and the like. As the oxidizing agent, ferric p-toluenesulfonate dissolved in ethylene glycol is used. The ratio of ethylene glycol to ferric p-toluenesulfonate in this oxidizing agent may be arbitrary, but in the present invention, a ratio of 1: 1 is used. The mixing ratio of the oxidizing agent to 3,4-ethylenedioxythiophene is preferably in the range of 1: 3 to 1:15.

【0030】コンデンサ素子10に、3,4−エチレン
ジオキシチオフェンと酸化剤とを混合した混合溶液を含
浸する方法としては、公知の手段、例えば減圧含浸法、
加圧含浸法等用いることができる。
As a method for impregnating the capacitor element 10 with a mixed solution obtained by mixing 3,4-ethylenedioxythiophene and an oxidizing agent, a known means, for example, a vacuum impregnation method,
A pressure impregnation method or the like can be used.

【0031】[0031]

【実施例】次に、発明における固体電解コンデンサの製
造方法と、それによって得られる固体電解コンデンサに
ついて具体的に説明する。
Next, a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor according to the present invention and a solid electrolytic capacitor obtained by the method will be specifically described.

【0032】(実施例)陽極電極箔1及び陰極電極箔2
は、弁作用金属、例えばアルミニウム、タンタルからな
り、その表面には予めエッチング処理が施されて表面積
が拡大されている。陽極電極箔1については、更に化成
処理が施され、表面に酸化アルミニウムからなる酸化皮
膜層4が形成されている。
(Example) Anode electrode foil 1 and cathode electrode foil 2
Is made of a valve metal, for example, aluminum or tantalum, and its surface is previously subjected to an etching treatment to increase its surface area. The anode electrode foil 1 is further subjected to a chemical conversion treatment to form an oxide film layer 4 made of aluminum oxide on the surface.

【0033】この陽極電極箔1及び陰極電極箔2を、厚
さ80〜200μmのガラスペーパーからなるセパレー
タ3を介して巻回し、コンデンサ素子10を得る。
The anode electrode foil 1 and the cathode electrode foil 2 are wound via a separator 3 made of glass paper having a thickness of 80 to 200 μm to obtain a capacitor element 10.

【0034】この実施例において、コンデンサ素子10
は、径寸法が4φ、縦寸法が7mmのものを用いてい
る。なお、コンデンサ素子10の陽極電極箔1、陰極電
極箔2にはそれぞれリード線6、7が電気的に接続さ
れ、コンデンサ素子10の端面から突出している。
In this embodiment, the capacitor element 10
Is used having a diameter of 4φ and a vertical dimension of 7 mm. Note that lead wires 6 and 7 are electrically connected to the anode electrode foil 1 and the cathode electrode foil 2 of the capacitor element 10, respectively, and protrude from the end face of the capacitor element 10.

【0035】以上のような構成からなるコンデンサ素子
10に、3,4−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤
との混合液を含浸する。酸化剤は、エチレングリコール
に溶解したp−トルエンスルホン酸第二鉄を用い、3,
4−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤との配合比
は、1:3〜1:15の範囲が好適である。
The capacitor element 10 having the above structure is impregnated with a mixed solution of 3,4-ethylenedioxythiophene and an oxidizing agent. As the oxidizing agent, ferric p-toluenesulfonate dissolved in ethylene glycol was used.
The mixing ratio of 4-ethylenedioxythiophene to the oxidizing agent is preferably in the range of 1: 3 to 1:15.

【0036】含浸は、一定量の前記混合溶液を貯溜した
含浸槽にコンデンサ素子10を浸漬し、必要に応じて減
圧する。
In the impregnation, the capacitor element 10 is immersed in an impregnation tank in which a fixed amount of the mixed solution is stored, and the pressure is reduced if necessary.

【0037】次いで、混合溶液を含浸したコンデンサ素
子10を含浸槽から引上げ、25℃ないし100℃の重
合温度で、15時間ないし2時間放置して重合反応によ
るポリエチレンジオキシチオフェンすなわち固体電解質
層5を生成させる。
Next, the capacitor element 10 impregnated with the mixed solution is pulled up from the impregnation tank, and left at a polymerization temperature of 25 ° C. to 100 ° C. for 15 hours to 2 hours to remove the polyethylene dioxythiophene, ie, the solid electrolyte layer 5 by the polymerization reaction. Generate.

【0038】この重合温度及び放置時間の範囲は、それ
ぞれ重合温度が高くなると製造された固体電解コンデン
サの電気的特性のうち、静電容量、tanδ、インピー
ダンス特性が良くなるものの、漏れ電流特性が悪くなる
傾向が見られることから、製造するコンデンサ素子10
の仕様に応じて前記の範囲内で任意に変更することがで
きる。なお、25℃の重合温度で15時間程度、50℃
で4時間程度、100℃では2時間程度放置するのが適
当であり、50℃の温度下で4時間放置するのが固体電
解質層5の被覆状態と工程時間との兼ね合いで最適であ
った。
The ranges of the polymerization temperature and the standing time are as follows. As the polymerization temperature increases, among the electrical characteristics of the manufactured solid electrolytic capacitor, the capacitance, tan δ, and impedance characteristics are improved, but the leakage current characteristics are poor. Tend to be seen, the manufactured capacitor element 10
Can be arbitrarily changed within the above range in accordance with the specifications. In addition, about 15 hours at a polymerization temperature of 25 ° C, 50 ° C
For about 4 hours at 100 ° C. and about 2 hours at 100 ° C., it was optimal to leave at a temperature of 50 ° C. for 4 hours in consideration of the coating state of the solid electrolyte layer 5 and the process time.

【0039】ついで、コンデンサ素子を、水、有機溶媒
等を用いて120分程度洗浄するとともに100℃ない
し180℃で30分程度乾燥させ、その後、常温におい
て、陽極電極箔1の耐電圧の40%ないし60%程度の
電圧を印加するいわゆるエージング工程を経て一連の固
体電解質層5の生成工程は終了する。なお、以上の固体
電解質層5の生成工程は、必要に応じて複数回繰り返し
てもよい。
Next, the capacitor element is washed with water, an organic solvent or the like for about 120 minutes and dried at 100 ° C. to 180 ° C. for about 30 minutes. Thereafter, at room temperature, 40% of the withstand voltage of the anode electrode foil 1 is obtained. Through a so-called aging step of applying a voltage of about 60% to about 60%, a series of steps of forming the solid electrolyte layer 5 is completed. Note that the above-described step of forming the solid electrolyte layer 5 may be repeated a plurality of times as necessary.

【0040】このようにして陽極電極箔1と陰極電極箔
2との間に介在したセパレータ3に固体電解質層5が形
成されたコンデンサ素子10は、例えばその外周に外装
樹脂を被覆して固体電解コンデンサを形成する。
The capacitor element 10 in which the solid electrolyte layer 5 is formed on the separator 3 interposed between the anode electrode foil 1 and the cathode electrode foil 2 as described above, for example, by coating the outer periphery with an exterior resin, Form a capacitor.

【0041】次に、上記実施例による固体電解コンデン
サと従来の固体電解コンデンサとの電気的な特性につい
て比較する。比較例として、実施例と同じ構成からなる
コンデンサ素子を用い、これに、(比較例1)ピロール
からなるモノマー溶液と酸化剤を常温においてコンデン
サ素子に含浸して固体電解質層を形成した。(比較例
2)ピロールからなるモノマー溶液と酸化剤を−10℃
程度の低温においてコンデンサ素子に含浸して固体電解
質層を形成した。それぞれ各10個の試料を製造し、そ
れぞれの初期特性の平均値を測定した。以下にその結果
を示す。
Next, the electrical characteristics of the solid electrolytic capacitor according to the above embodiment and the conventional solid electrolytic capacitor will be compared. As a comparative example, a capacitor element having the same configuration as that of the example was used, and (Comparative Example 1) a capacitor element was impregnated with a monomer solution composed of pyrrole and an oxidizing agent at room temperature to form a solid electrolyte layer. (Comparative Example 2) A monomer solution composed of pyrrole and an oxidizing agent at -10 ° C
At a low temperature, the capacitor element was impregnated to form a solid electrolyte layer. Ten samples were manufactured for each, and the average value of each initial characteristic was measured. The results are shown below.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】この結果から明らかなように、実施例によ
る固体電解コンデンサは、低温域でポリピロールを生成
した比較例2と比較しても静電容量、tanδ等におい
て同等であり、耐電圧特性においては優れた特性を示し
ている。
As is clear from these results, the solid electrolytic capacitor according to the example has the same capacitance, tan δ, and the like as compared with Comparative Example 2 in which polypyrrole was formed in a low temperature range, and has a withstand voltage characteristic. It shows excellent properties.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明では、陽極電極箔と陰極電極箔と
を、セパレータを介して巻回したコンデンサ素子に、
3,4−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤とを混合
した混合溶液を含浸することにより、コンデンサ素子の
内部にまでこの混合溶液が浸透する。そして、その浸透
する過程及び浸透後に起きる3,4−エチレンジオキシ
チオフェンと酸化剤との穏やかな重合反応でポリエチレ
ンジオキシチオフェン、すなわち固体電解質層をコンデ
ンサ素子の内部においても生成させ、また固体電解質層
を、その生成過程からセパレータで保持している。その
ため、コンデンサ素子の内部にまで緻密で均一な固体電
解質層を形成することができ、結果として固体電解コン
デンサの電気的特性が向上し、特に耐電圧特性において
は、ポリエチレンジオキシチオフェン自体の特性とも相
俟って、従来の導電性高分子を固体電解質層に用いた固
体電解コンデンサとの比較で改善が顕著である。
According to the present invention, a capacitor element in which an anode electrode foil and a cathode electrode foil are wound via a separator,
By impregnating with a mixed solution obtained by mixing 3,4-ethylenedioxythiophene and an oxidizing agent, the mixed solution penetrates into the inside of the capacitor element. Then, polyethylene dioxythiophene, that is, a solid electrolyte layer is formed inside the capacitor element by a mild polymerization reaction between 3,4-ethylenedioxythiophene and the oxidizing agent that occurs during the infiltration process and after the infiltration. The layers are held by separators from the process of their formation. As a result, a dense and uniform solid electrolyte layer can be formed even inside the capacitor element, and as a result, the electrical characteristics of the solid electrolytic capacitor are improved.In particular, the withstand voltage characteristics are the same as those of polyethylene dioxythiophene itself. Together, the improvement is remarkable as compared with a conventional solid electrolytic capacitor using a conductive polymer for a solid electrolyte layer.

【0045】また、コンデンサ素子は、陽極電極箔と陰
極電極箔とを、セパレータを介して一定の緊締力で巻き
取っているため、陽極電極箔、陰極電極箔及びセパレー
タがそれぞれ一定の圧力で密着しており、セパレータに
よって保持された固体電解質層も結果的に一定の圧力で
陽極電極箔に密着している。そのため、陽極電極箔上の
酸化皮膜層と固体電解質層との密着性が向上し、所望の
電気的特性を得ることが容易になる。
Further, in the capacitor element, since the anode electrode foil and the cathode electrode foil are wound up with a fixed tightening force via a separator, the anode electrode foil, the cathode electrode foil and the separator are closely adhered to each other at a fixed pressure. As a result, the solid electrolyte layer held by the separator is also in close contact with the anode electrode foil at a constant pressure. Therefore, the adhesion between the oxide film layer on the anode electrode foil and the solid electrolyte layer is improved, and it becomes easy to obtain desired electrical characteristics.

【0046】更に、ポリエチレンジオキシチオフェンを
生成する工程では、従来の二酸化マンガンやTCNQ錯
体のように高温域での熱処理を施すことがないため、酸
化皮膜層の破損が抑制され、製品の信頼性が向上するほ
か、熱処理によるリード線の損傷もなく、そのまま外部
接続用の端子として用いることができる。
Further, in the step of producing polyethylenedioxythiophene, heat treatment in a high temperature range is not performed unlike the conventional manganese dioxide and TCNQ complex, so that the damage of the oxide film layer is suppressed, and the reliability of the product is reduced. In addition, the lead wire is not damaged by the heat treatment and can be used as it is as a terminal for external connection.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明で用いるコンデンサ素子の分解斜視図で
ある。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a capacitor element used in the present invention.

【図2】本発明で用いる陽極電極箔の部分拡大図であ
る。
FIG. 2 is a partially enlarged view of an anode electrode foil used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 陽極電極箔 2 陰極電極箔 3 セパレータ 4 酸化皮膜層 5 固体電解質層 6、7 リード線 8 エッチングピット 10 コンデンサ素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Anode electrode foil 2 Cathode electrode foil 3 Separator 4 Oxide film layer 5 Solid electrolyte layer 6, 7 Lead wire 8 Etching pit 10 Capacitor element

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】3,4−エチレンジオキシチオフェンと酸
化剤とを混合した混合溶液を、陽極電極箔と陰極電極箔
とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に含浸
し、セパレータに浸透した前記混合溶液中の重合反応に
より生成したポリエチレンジオキシチオフェンを電解質
層としてセパレータで保持した固体電解コンデンサ。
1. A capacitor element in which an anode electrode foil and a cathode electrode foil are wound with a mixed solution obtained by mixing 3,4-ethylenedioxythiophene and an oxidizing agent through a separator, and penetrated into the separator. A solid electrolytic capacitor in which polyethylene dioxythiophene generated by a polymerization reaction in the mixed solution is held as an electrolyte layer by a separator.
【請求項2】3,4−エチレンジオキシチオフェンと酸
化剤とを混合した混合溶液を、陽極電極箔と陰極電極箔
とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に含浸
し、セパレータに浸透した前記混合溶液中の重合反応に
よりポリエチレンジオキシチオフェンを生成することを
特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
2. A capacitor element obtained by winding an anode electrode foil and a cathode electrode foil through a separator is impregnated with a mixed solution obtained by mixing 3,4-ethylenedioxythiophene and an oxidizing agent, and permeated the separator. A method for producing a solid electrolytic capacitor, wherein polyethylene dioxythiophene is produced by a polymerization reaction in the mixed solution.
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