JP2000294457A - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温寿命特性が良好で、低インピーダンス特
性を有する電解コンデンサを提供する。 【解決手段】 本発明の電解コンデンサにおいては、少
なくともマニラ麻繊維を含む主体繊維とポリビニルアル
コール溶液を気体中へ押し出して形成したフィラメント
状の繊維とを混抄したセパレータと両極箔を巻回したコ
ンデンサ素子に、スルホランを含有する溶媒を用いた駆
動用電解液を含浸したので、良好な高温寿命特性及び、
低インピーダンス特性を実現することができる。

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、小型、低圧用の電解コンデンサ
の、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】しかしながら、近年、
車載分野において、自動車性能の高機能化に伴い、高温
となるエンジンルーム内での電子部品の使用の要求が高
まっているが、前記の電解コンデンサでは、この高温使
用に耐えらることができなかった。さらに、これらの部
品には小型化の要求があり、これに対応するには、電解
コンデンサの低インピーダンス化が必要である。

【０００５】そこで、この発明の目的は、高温寿命特性
が良好で、さらに、低インピーダンス特性を有するアル
ミニウム電解コンデンサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の電解コンデンサ
は、少なくともマニラ麻繊維を含む主体繊維とポリビニ
ルアルコール溶液を気体中へ押し出して形成したフィラ
メント状の繊維とを混抄したセパレータと両極箔を巻回
したコンデンサ素子に、スルホランを含有する溶媒を用
いた駆動用電解液を含浸したことを特徴とする。

【０００７】また、前記セパレータの密度が０．１５〜
０．６５ｇ／ｃｍ² であることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の電解コンデンサは、以下
のようなセパレータを用いる。まず、ポリビニルアルコ
ール（以下ＰＶＡ）の溶液を用い、いわゆる、乾式紡糸
法にてＰＶＡ繊維を形成する。すなわち、ＰＶＡ溶液を
微細な紡糸口金孔から不活性ガスまたは空気中に押し出
し、紡糸しながら、溶媒を不活性ガスまたは空気中に拡
散することによって、フィラメント状の糸条を形成し
て、巻き取る。通常の乾式紡糸法においては、この後
に、延伸及び熱処理を行うが、本発明においては、この
処理を行わない。

【０００９】ここで、ＰＶＡ水溶液は、３０〜４０％の
ものを用い、熱空気中で紡糸することが好ましい。この
際に使用するＰＶＡの重合度は、２００〜３５００のも
のを用いることができる。ケン化度については、７０モ
ル％程度の部分ケン化のものから、９９モル％以上の完
全ケン化のものまで、通常使用されているケン化度のも
のを用いることができるが、９０％以上のものを用いる
ことが好ましい。

【００１０】次に、主体繊維となる、マニラ麻パルプを
含むパルプを、離解等の処理を施した後に、叩解する。
ここに前記のＰＶＡ繊維を混合し、これを抄紙して、電
解紙を形成し、裁断して、本発明のセパレータが形成さ
れる。

【００１１】セパレータの主体繊維となる、原料パルプ
はＣＳＦの数値に特に限定はないが、少なくともマニラ
麻パルプを含有させる。そして、このパルプには、エス
パルト、サイザル、ヘンプ等を混合させることができ
る。これらの中では、マニラ麻とエスパルトの混合物を
用いると、低密度化が図れるので好適であり、さらに、
この混合物にサイザル、ヘンプ等を混合させることがで
きる。

【００１２】そして、この原料パルプに離解、除塵、脱
水等の処理を施した後、叩解し、ここに、ＰＶＡ繊維を
混合するが、主体繊維とＰＶＡ繊維の混合比率は９５：
５から４０：６０とすることが好ましい。つぎに、この
調整材料の抄紙は、円網抄紙機、長網抄紙機、長網円網
コンビネーション機等にて行われる。

【００１３】セパレータの密度は、０．１５〜０．６５
ｇ／ｃｍ² であり、好ましくは、０．１５〜０．３０ｇ
／ｃｍ² である。この範囲未満ではセパレータの強度が
不十分であり、この範囲を越えると、コンデンサのｔａ
ｎδが大きくなる。また、セパレータの厚みは、３０〜
８０μｍであり、好ましくは４０〜５０μｍである。こ
の範囲未満では、強度が不十分であり、この範囲を越え
ると、ｔａｎδが大きくなる。

【００１４】そして、以下のような電解液を用いる。

【００１５】本発明はスルホランを含有する溶媒を用い
るものであるが、その他の溶媒として、プロトン性極性
溶媒、非プロトン性溶媒、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
コール類（エタノール、プロパノール、ブタノール、ペ
ンタノール、ヘキサノール、シクロブタノール、シクロ
ペンタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコー
ル等）、多価アルコール類およ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、メト
キシプロピレングリコール、ジメトキシプロパノール
等）などが挙げられる。また、非プロトン性の極性溶媒
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─ジエチルホルムアミド、Ｎ─メチルアセトアミ
ド、Ｎ，Ｎ─ジメチルアセトアミド、Ｎ─エチルアセト
アミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、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、γ−バレロラクトン等）、
スルホラン系（３−メチルスルホラン、２，４−ジメチ
ルスルホラン等）、環状アミド系（Ｎ─メチル─２─ピ
ロリドン、エチレンカーボネイト、プロピレンカーボネ
イト、イソブチレンカーボネイト等）、ニトリル系（ア
セトニトリル等）、オキシド系（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）〕などが代表として挙げられる。

【００１６】電解液の溶質としては、アジピン酸、ギ
酸、安息香酸などのカルボン酸のアンモニウム塩、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。

【００１７】さらに、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。

【００１８】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。

【００１９】このような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と、電解液の高電導度
化が図れるので、好適である。

【００２０】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。

【００２１】そして、前述のように形成したセパレータ
を介して、陽極箔と陰極箔を巻回してコンデンサ素子を
形成し、このコンデンサ素子に、前記電解液を含浸す
る。ここで、コンデンサ素子を形成した後、電解液を含
浸する前に、コンデンサ素子を水等の溶剤に浸漬して、
セパレータのＰＶＡを溶出させ、その後に、電解液を含
浸させることもできる。次いで、このコンデンサ素子を
外装ケースに収納し、封口体で封口する。最後に、常法
により、加熱、電圧印加して、再化成を行って、本発明
の電解コンデンサが作成される。

【００２２】以上の本発明の電解コンデンサは、高温寿
命特性が良好で、さらに、低インピーダンス特性を有す
るものである。

【００２３】一般に、電解コンデンサのインピーダンス
特性は電解箔、リード線、セパレータ等のインピーダン
スと、電解液の電導度の成分からなるが、本発明におい
ては、これらのインピーダンス成分のうち、セパレータ
及び電解液のインピーダンス成分の低減を試みたもので
あり、さらに、本発明の電解液によって、高温寿命特性
の向上を図ったものである。

【００２４】すなわち、本願発明のセパレータは、乾式
紡糸法において、フィラメント状の糸条を形成した後、
通常は実施する延伸及び熱処理を行っていないＰＶＡ繊
維と少なくともマニラ麻繊維を含む主体繊維とを混抄し
たものである。このセパレータは強度が高いので、従来
より低密度のセパレータを用いることができ、そのこと
によって、コンデンサのインピーダンスを低減させるこ
とができる。そして、少なくともマニラ麻繊維を含んだ
主体繊維を用いているので、さらに、セパレータの低密
度化が図れ、インピーダンスは低減する。また、スルホ
ランを含有した溶媒を用い、マニラ麻繊維を含有する主
体繊維を用いているので、理由は明らかでないが、イン
ピーダンスがさらに低減する。ここで、電解液にほう酸
が含有されていると、ＰＶＡ繊維が電解液へ溶解してセ
パレータの密度が低減するので、さらに好適である。

【００２５】また、コンデンサ素子を、水等の溶剤に浸
漬して、セパレータのＰＶＡ繊維を溶出させ、その後
に、電解液を含浸させることができる。セパレータのＰ
ＶＡ繊維を溶出させることによって、セパレータの密度
が低減するので、さらにコンデンサのインピーダンスは
低減する。

【００２６】そして、本発明の電解コンデンサの、１２
５℃での高温寿命特性は良好である。

【００２７】以上のように、本発明のＰＶＡ繊維と少な
くともマニラ麻繊維を含む主体繊維とを混抄したセパレ
ータを用い、スルホランを含有する溶媒を用いた電解液
を用いることにより、これらの相乗作用によって、従来
にない、高温寿命特性が良好で、低インピーダンス特性
を有する電解コンデンサを実現することができる。

【００２８】

【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。セパレータは以下のように作成した。ＰＶＡ
（ケン化度９８モル％、重合度１７００）を３５％溶解
した水溶液を紡糸口金孔より熱空気中に押し出して、糸
状を形成して、これを巻き取って、ＰＶＡ繊維を形成す
る。次に、マニラ麻とエスパルトのパルプに離解、除
塵、脱水処理を施し、これを叩解する。このパルプに前
記のＰＶＡ繊維を８０：２０の割合で混合する。そして
この混合原料を円網抄紙機で抄造して、電解紙を形成
し、この電解紙を裁断してセパレータを形成した。

【００２９】ここで、作成した電解紙は、電解紙Ａの密
度は０．２３ｇ／ｃｍ² である。なお、従来のマニラ麻
繊維を用いた電解紙Ｂの密度は０．３０ｇ／ｃｍ² であ
る。

【００３０】次いで、このようにして作成したセパレー
タを介して、陽極箔と、陰極箔を巻回してコンデンサ素
子を形成する。陽極電極箔は、純度９９．９％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．
９％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。

【００３１】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。

【００３２】ここで用いる電解液の組成と特性及び電解
紙を（表１）に示す。また、実施例５として、コンデン
サ素子形成後、コンデンサ素子を１００℃の水中に５分
間浸漬し、その後に、実施例４の電解液を含浸して、電
解コンデンサを作成した。

【００３３】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、１６Ｗ
Ｖ−４７μＦである。１２５℃、定格電圧負荷、１００
０時間、２０００時間の結果を（表２）に示す。

【００３４】

【表１】 （注）SL ：スルホラン 3-MSL ：3-メチルスルホラン BL ：γ−ブチロラクトン EG ：エチレングリコール EDMIP ：フタル酸1-エチル-2,3- ジメチルイミダゾリニ
ウム AAd ：アジピン酸アンモニウム

【００３５】

【表２】 （注）Cap ：静電容量（μＦ）、tan δ：誘電損失の正
接（１２０Ｈｚ）、LC：漏れ電流（μＡ）、ESR ：等価
直列抵抗（Ω／１００ｋＨｚ）、ΔCap ：静電容量変化
率（％）

【００３６】（表２）から明らかなように、スルホラン
を含有する溶媒を用いた、実施例１〜４は、１２５℃、
２０００時間後の特性も良好である。これに比べて、エ
チレングリコールとアジピン酸アンモニウムを用いた従
来例１、γ−ブチロラクトンとフタル酸１−エチル−
２，３−ジメチルイミダゾリニウム従来例２は、１００
０時間後において、すでに静電容量の低下及びｔａｎδ
の上昇が著しい。特に、従来例２は、１２５℃での使用
には耐えうることができないことがわかる。また、実施
例の初期のＥＳＲは良好であり、実施例４は従来の低イ
ンピーダンス用電解液である従来例２と同等である。さ
らに、セパレータのＰＶＡ繊維を除去したコンデンサ素
子を用いた実施例５のＥＳＲは、従来例２より良好であ
り、従来にない低インピーダンス特性を実現している。

【００３７】

【発明の効果】本発明の電解コンデンサは、少なくとも
マニラ麻繊維を含む主体繊維とＰＶＡ溶液を気体中へ押
し出して形成したフィラメント状の繊維とを混抄したセ
パレータを用い、スルホランを含有する溶媒を用いた駆
動用電解液を用いたものである。以上のような本発明の
電解コンデンサは、１２５℃高温寿命特性が良好であ
る。そして、本発明のセパレータを用いることによっ
て、セパレータの強度が向上するので、低密度のセパレ
ータを用いることができ、このことによって、インピー
ダンスが低減する。さらに、少なくともマニラ繊維を含
む主体繊維を用いているので、セパレータの低密度化が
図れ、インピーダンスは低減する。そして、スルホラン
を含有する溶媒を電解液として用いているので、マニラ
繊維との相乗効果によって、さらにインピーダンスが低
減する。以上のように、本発明によって、高温寿命特性
が良好で、低インピーダンス特性を有する電解コンデン
サを実現することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻 達紀 東京都青梅市東青梅１丁目167番地の１ 日本ケミコン株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともマニラ麻繊維を含む主体繊維
   とポリビニルアルコール溶液を気体中へ押し出して形成
   したフィラメント状の繊維とを混抄したセパレータと両
   極箔を巻回したコンデンサ素子に、スルホランを含有す
   る溶媒を用いた駆動用電解液を含浸した電解コンデン
   サ。
2. 【請求項２】 セパレータの密度が０．１５〜０．６５
   ｇ／ｃｍ² である、請求項１記載の電解コンデンサ。