JP2000286158A - 電解コンデンサ用電解液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電解コンデンサの高温寿命特性の向上を図
る。 【解決手段】 電解コンデンサ用電解液にグルコン酸ア
ルミニウムを添加しているので、アルミニウムの電解液
への溶解が抑制され、この電解液を用いた電解コンデン
サの高温寿命特性の向上を図ることができる。さらに、
含水率を高めても、良好な高温寿命特性は維持されるの
で、低インピーダンス特性を有する電解コンデンサを得
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電解コンデンサ用
電解液に関する。

【０００２】

【従来の技術】電解コンデンサは一般的には以下のよう
な構成を取っている。すなわち、帯状に形成された高純
度のアルミニウム箔を化学的あるいは電気化学的にエッ
チングを行って拡面処理するとともに、拡面処理したア
ルミニウム箔をホウ酸アンモニウム水溶液等の化成液中
にて化成処理することによりアルミニウム箔の表面に酸
化皮膜層を形成させた陽極箔と、同じく高純度のアルミ
ニウム箔を拡面処理した陰極箔をセパレータを介して巻
回してコンデンサ素子が形成される。そしてこのコンデ
ンサ素子には駆動用の電解液が含浸され、金属製の有底
筒状の外装ケースに収納される。さらに外装ケースの開
口端部は弾性ゴムよりなる封口体が収納され、さらに外
装ケースの開口端部を絞り加工により封口を行い、電解
コンデンサを構成する。

【０００３】そして、コンデンサ素子に含浸される電解
液としては、従来より、エチレングリコールを主溶媒と
し、アジピン酸、安息香酸などのアンモニウム塩を溶質
とするもの、または、γ−ブチロラクトンを主溶媒と
し、フタル酸、マレイン酸などの四級化環状アミジニウ
ム塩を溶質とするもの等が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような電解コンデ
ンサにおいては、上記のように陰極箔には酸化皮膜が形
成されていないので、コンデンサ素子に電解液が含浸さ
れ、陰極箔が電解液に高温下で接触した状態が続くと、
表面にアルミニウムの水酸化物や酸化アルミニウムが形
成されて静電容量が減少し、漏れ電流が増大する。さら
には、この際の水素ガス発生によって、安全弁が開弁に
いたるというような問題点があった。そこで、本発明
は、この問題点を改善するもので、電解コンデンサの高
温寿命特性の向上を図ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、電解コンデン
サ用電解液にグルコン酸アルミニウムを添加したことを
特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明に用いる電解液の溶質とし
ては、アジピン酸、ギ酸、安息香酸などのアンモニウム
塩、４級アンモニウム塩、またはアミン塩を用いること
ができる。第４級アンモニウム塩を構成する第４級アン
モニウムとしてはテトラアルキルアンモニウム（テトラ
メチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テト
ラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、
メチルトリエチルアンモニウム、ジメチルジエチルアン
モニウム等）、ピリジウム（１−メチルピリジウム、１
−エチルピリジウム、１，３−ジエチルピリジウム等）
が挙げられる。また、アミン塩を構成するアミンとして
は、一級アミン（メチルアミン、エチルアミン、プロピ
ルアミン、ブチルアミン、エチレンジアミン、モノエタ
ノールアミン等）、二級アミン（ジメチルアミン、ジエ
チルアミン、ジプロピルアミン、エチルメチルアミン、
ジフェニルアミン、ジエタノールアミン等）、三級アミ
ン（トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチル
アミン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）−ウン
デセン−７、トリエタノールアミン等）があげられる。

【０００７】また、四級化環状アミジニウムイオンをカ
チオン成分とする塩を用いることができる。この塩のア
ニオン成分となる酸としては、フタル酸、イソフタル
酸、テレフタル酸、マレイン酸、安息香酸、トルイル
酸、エナント酸、マロン酸等を挙げることができる。

【０００８】また、カチオン成分となる四級化環状アミ
ジニウムイオンは、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−置換アミジン基をも
つ環状化合物を四級化したカチオンであり、Ｎ，Ｎ，
Ｎ’−置換アミジン基をもつ環状化合物としては、以下
の化合物が挙げられる。イミダゾール単環化合物（１−
メチルイミダゾール、１−フェニルイミダゾール、１，
２−ジメチルイミダゾール、１−エチル−２−メチルイ
ミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、１−エチ
ル−２−メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダ
ゾール、１，２，４−トリメチルイミダゾール等のイミ
ダゾール同族体、、１−メチル−２−オキシメチルイミ
ダゾール、１−メチル−２−オキシエチルイミダゾール
等のオキシアルキル誘導体、１−メチル−４（５）−ニ
トロイミダゾール等のニトロ誘導体、１，２−ジメチル
−５（４）−アミノイミダゾール等のアミノ誘導体
等）、ベンゾイミダゾール化合物（１−メチルベンゾイ
ミダゾール、１−メチル−２−ベンゾイミダゾール、１
−メチル−５（６）−ニトロベンゾイミダゾール等）、
２−イミダゾリン環を有する化合物（１−メチルイミダ
ゾリン、１，２−ジメチルイミダゾリン、１，２，４−
トリメチルイミダゾリン、１−メチル−２−フェニルイ
ミダゾリン、１−エチル−２−メチル−イミダゾリン、
１，４−ジメチル−２−エチルイミダゾリン、１−メチ
ル−２−エトキシメチルイミダゾリン等）、テトラヒド
ロピリミジン環を有する化合物（１−メチル−１，４，
５，６−テトラヒドロピリミジン、１，２−ジメチル−
１，４，５，６−テトラヒドロピリミジン、１，５−ジ
アザビシクロ〔４，３，０〕ノネン−５等）等である。

【０００９】そして、溶媒としては、プロトン性極性溶
媒、非プロトン性極性溶媒、水、及びこれらの混合物を
用いることができる。プロトン性極性溶媒としては、一
価アルコール（メタノール、エタノール、プロパノー
ル、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、
シクロペンタノール、ベンジルアルコール、等）、多価
アルコール及びオキシアルコール化合物類（エチレング
リコール、プロピレングリコール、グリセリン、メチル
セロソルブ、エチルセロソルブ、１，３−ブタンジオー
ル、メトキシプロピレングリコール等）などがあげられ
る。非プロトン性極性溶媒としては、アミド系（Ｎ−メ
チルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ
−エチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミ
ド、Ｎ−メチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリッ
クアミド等）、ラクトン類（γ−ブチロラクトン、δ−
バレロラクトン等）、環状アミド類（Ｎ−メチル−２−
ピロリドン等）、カーボネート類（エチレンカーボネー
ト、プロピレンカーボネート等）、ニトリル類（アセト
ニトリル等）、オキシド類（ジメチルスルホキシド
等）、２−イミダゾリジノン系〔１，３−ジアルキル−
２−イミダゾリジノン（１，３−ジメチル−２−イミダ
ゾリジノン、１，３−ジエチル−２−イミダゾリジノ
ン、１，３−ジ（ｎ−プロピル）−２−イミダゾリジノ
ン等）、１，３，４−トリアルキル−２−イミダゾリジ
ノン（１，３，４−トリメチル−２−イミダゾリジノン
等）〕などが代表としてあげられる。

【００１０】そして、これらの電解液に、グルコン酸ア
ルミニウムを添加して本発明の電解液は構成される。添
加量は、０．０５〜１０ｗｔ％、好ましくは、０．１〜
２．０ｗｔ％である。この範囲未満では、効果が低減
し、この範囲を越えると、溶解性が低下する。

【００１１】さらに、本発明の電解コンデンサ用電解液
に、ほう酸、マンニット、ノニオン性界面活性剤、コロ
イダルシリカ等を添加することによって、耐電圧の向上
をはかることができる。

【００１２】また、漏れ電流の低減や水素ガス吸収等の
目的で種々の添加剤を添加することができる。添加剤と
しては、例えば、芳香族ニトロ化合物、リン酸、亜リン
酸、ポリリン酸、酸性リン酸エステル化合物、オキシカ
ルボン酸化合物等を挙げることができる。

【００１３】以上の本発明の電解液は、高温負荷寿命特
性、高温放置特性共に、良好である。この理由は以下の
ようであると推察される。

【００１４】通常、高温寿命試験においては、陰極箔が
電解液に高温下で接触した状態が続くことになるが、こ
の状態では、陰極箔のアルミニウムが電解液に溶解し、
この際に発熱が起こり、水素ガスが発生する。そして、
このアルミニウムは電解液中の水分と反応して、陰極箔
表面にアルミニウムの水酸化物や酸化アルミニウム（以
下、アルミニウムの水酸化物等）が生成される。これら
は、陰極箔の表面の静電容量成分である酸化皮膜の厚み
を増大させることになり、陰極箔の静電容量が低下し、
陽極箔の静電容量と陰極箔の静電容量の合成容量である
電解コンデンサの静電容量が低下する。そして、この発
熱と、水素ガスの発生によるものと思われるが、陽極箔
の酸化皮膜が損傷を受け、高温放置試験での漏れ電流が
上昇する。また、このアルミニウムの水酸化物等の生成
が甚だしい場合は、腐食状態となる。

【００１５】さらに、これらのアルミニウムの酸化物等
は脆弱なので、陰極箔から離脱し、再び陰極箔からアル
ミニウムが電解液に溶解して、アルミニウムの水酸化物
等が形成されることになる。そして、この際にも発熱
し、水素ガスが発生する。このような過程を繰り返すこ
とによって、コンデンサ内の圧力が増加をし、安全弁の
開弁にいたることがあった。

【００１６】しかしながら、本発明においては、電解液
中にグルコン酸アルミニウムを添加しているので、陰極
箔から電解液に溶解したアルミニウムはグルコン酸アル
ミニウムと錯体を形成する。そして、この錯体は箔表面
に吸着して、アルミニウムの電解液への溶解を抑制する
ので、陰極箔におけるアルミニウムの水酸化物等の形成
が抑制され、結果として、電解コンデンサの高温寿命試
験における静電容量の低下を抑制することができる。さ
らに、発熱、水素ガス発生がないので、陽極箔の酸化皮
膜の損傷もなく、高温放置での漏れ電流の上昇も抑制さ
れる。また、アルミニウムの水酸化物等の形成が抑制さ
れるので、水素ガス発生による安全弁の開弁ということ
もない。

【００１７】ここで、これまでは、低インピーダンス特
性を有する電解コンデンサ用の電解液としては、γ−ブ
チロラクトンを溶媒とし、四級化環状アミジニウム塩を
溶質とする電解液が一般に用いられていたが、８０〜１
００Ωｃｍが限界であった。そして、さらなる低インピ
ーダンス化の要求があり、これには、エチレングリコー
ルと水を溶媒とし、アジピン酸アンモニウムを溶質とす
る電解液において、水分量を高めた電解液で対応するこ
とができる。しかしながら、この水分量を増すことによ
って、前述した陰極箔表面のアルミニウムの水酸化物等
の形成が促進されて、高温寿命試験中の静電容量の低
下、安全弁の開弁等が多発して、使用には耐えなかった
が、本発明のグルコン酸アルミニウムの添加によって、
この問題も解決できる。すなわち、前述のように、電解
液への陰極箔からのアルミニウムの溶解を抑制すること
ができ、アルミニウムの水酸化物等の形成が抑制され
て、電解コンデンサの高温寿命試験における静電容量の
低下が抑制され、さらに、発熱、水素ガス発生がないの
で、陽極箔の酸化皮膜の損傷もなく、高温放置での漏れ
電流が抑制される。また、水素ガス発生による安全弁の
開弁ということもない。

【００１８】この場合、低インピーダンスと高温寿命特
性を満足する、水分量は、溶媒中１０〜７０ｗｔ％であ
る。さらに好ましくは、２５〜５５ｗｔ％である。この
範囲未満では、インピーダンスが上昇し、この範囲を越
えると、高温寿命特性が低下する。

【００１９】また、γ−ブチロラクトンを主溶媒とする
電解液においては、通常は、含水率は低いので、前述の
ような高温寿命試験における陰極箔の劣化による特性の
低下は顕著ではない。ところが、このような電解液にお
いても、耐湿試験では、吸湿によって含水率が上昇し、
前述の陰極箔表面のアルミニウムの水酸化物等の形成が
促進されて、高温寿命試験中の静電容量の低下、安全弁
の開弁等が発生していたが、本発明のグルコン酸アルミ
ニウムの添加によって、陰極箔表面のアルミニウムの水
酸化物等の形成が抑制されて、耐湿特性は向上するもの
と考えられる。エチレングリコール、水を主溶媒とする
場合も同様である。

【００２０】さらに、ハロゲン系洗浄剤で電解コンデン
サが洗浄された場合、ハロゲンが封口ゴムを透過して、
コンデンサ内部の電解液に混入し、電解液に溶解したア
ルミニウムイオンと結合して、ハロゲン化アルミニウム
が形成されて腐食状態になることがあった。しかしなが
ら、本発明においては、前述のように、電解液へのアル
ミニウムの溶解を抑制することがてきるので、ハロゲン
が電解液に混入しても、ハロゲンと結合するアルミニウ
ムイオンがわずかとなり、腐食状態とはならないと考え
られる。

【００２１】

【実施例】次にこの発明について実施例を示し、詳細に
説明する。コンデンサ素子は陽極箔と、陰極箔をセパレ
ータを介して巻回して形成する。陽極電極箔は、純度９
９．９％のアルミニウム箔を酸性溶液中で化学的あるい
は電気化学的にエッチングして拡面処理した後、アジピ
ン酸アンモニウムの水溶液中で化成処理を行い、その表
面に陽極酸化皮膜層を形成したものを用いる。陰極箔と
して、純度９９．８％のアルミニウム箔をエッチングし
て拡面処理した箔を用いた。

【００２２】上記のように構成したコンデンサ素子に、
電解コンデンサの駆動用の電解液を含浸する。この電解
液を含浸したコンデンサ素子を、有底筒状のアルミニウ
ムよりなる外装ケースに収納し、外装ケースの開口端部
に、ブチルゴム製の封口体を挿入し、さらに外装ケース
の端部を絞り加工することにより電解コンデンサの封口
を行う。

【００２３】ここで用いる電解液の組成と、その特性を
（表１）に示す。

【００２４】以上のように構成した電解コンデンサの高
温寿命試験を行った。電解コンデンサの定格は、５０Ｗ
Ｖ−１５０μＦである。試験は、 １０５°Ｃ、定格電
圧印加、２０００時間の負荷試験、及び、１０５℃、放
置、２０００時間の放置試験である。それぞれの結果を
（表２）、（表３）に示す。

【００２５】

【表１】 （注）EG ：エチレングリコール AAd ：アジピン酸アンモニウム AGLC：グルコン酸アルミニウム H₂O の欄の（ ）の数字は、溶媒中のH₂O の含有率

【００２６】

【表２】 （注）Ｃａｐ：静電容量（μＦ）、ｔａｎδ：誘電損失
の正接、 ＬＣ：漏れ電流（μＡ）、ΔＣａｐ：静電容量変化率
（％）

【００２７】

【表３】

【００２８】（表１）、（表２）から明らかなように、
実施例１〜実施例５は、従来例と比較して、寿命試験後
の静電容量の低下は改善されている。また、放置試験後
の漏れ電流の増大も低減されている。さらに、含水率が
１５ｗｔ％の比較例では試験中に開弁しているが、本発
明の含水率が２５〜４５ｗｔ％の実施例１〜５において
は、初期のｔａｎδ、漏れ電流も低く、試験後の開弁も
なく、特性も良好である。以上のように、本発明の電解
液によって、低インピーダンス特性を有し、高温寿命特
性の良好な電解コンデンサが得られる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、電解コンデンサ用電解液にお
いて、グルコン酸アルミニウムを添加しているので、こ
れを用いた電解コンデンサにおいては、高温下での陰極
箔からのアルミニウムの溶解が抑制され、このことによ
って、陰極箔におけるアルミニウムの水酸化物等の生成
が抑制される。したがって、高温寿命特性が向上する。
さらに、含水率を高めても、良好な高温寿命特性は維持
されるので、低インピーダンス特性を有する電解コンデ
ンサを得ることができる。また、同様の理由によって、
耐湿特性も向上する。さらに、高温下での陰極箔からの
アルミニウムの溶解が抑制されるので、コンデンサ内部
にハロゲンが浸入しても、ハロゲン化アルミニウムの生
成が抑制されて、耐ハロゲン性も向上するものと考えら
れる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 グルコン酸アルミニウムを添加した電解
   コンデンサ用電解液。