JP2001313234A - 電解コンデンサ用電解液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 火花電圧が高く、さらに、電導度及び低温
特性の良好な中高圧用の電解液を提供する。 【解決手段】本発明の電解コンデンサ用電解液は、エチ
レングリコールを主体とする溶媒と安息香酸と１，７−
オクタンジカルボン酸を含む溶質からなり、溶質中の安
息香酸の含有率が１４〜２８ｗｔ％であることを特徴と
しているので、火花電圧が高く、電導度及び低温特性が
良好である。したがって、これを用いることによって異
常電圧特性が良好で、ｔａｎδ、低温特性が良好な電解
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】本発明は、電解コンデンサ用
電解液に関し、更に詳しくは中高圧用の電解液に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】電解コンデンサ用電解液は、アルミニウ
ムまたはタンタルなどの表面に絶縁性の酸化皮膜が形成
された弁金属を陽極電極に使用し、前記酸化皮膜層を誘
電体とし、この酸化皮膜層の表面に電解質層となる電解
液を接触させ、さらに通常陰極と称する集電用の電極を
配置して構成されている。

【０００３】電解コンデンサ用電解液は、上述のように
誘電体層に直接に接触し、真の陰極として作用する。即
ち、電解液は電解コンデンサの誘電体と集電陰極との間
に介在して、電解液の抵抗分が電解コンデンサに直列に
挿入されていることになる。故に、その電解液の特性が
電解コンデンサ特性を左右する大きな要因となる。

【０００４】そして、中高圧用の電解液としては、電導
度が比較的高く得られることから、エチレングリコール
を溶媒とし、安息香酸を溶質とした電解液が用いられて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
安全性に対する要求が高まっており、中高圧用電解コン
デンサが用いられる電源等においても、異常電圧が負荷
された時の安全性に対する要求がある。また、寒冷地仕
様等を満たすめに−４０℃仕様の低温特性が求められて
いる。これに対して前記の電解液は、火花電圧が低いの
で、異常電圧に対する安全性は低く、さらにこれを用い
た電解コンデンサは、低温において静電容量が著しく低
下し、ｔａｎδも上昇して−４０℃仕様を満足すること
ができない。また、前記の電解コンデンサにおいて、ほ
う酸等を添加して火花電圧を向上させ異常電圧に対する
安全性の向上を図ることはできるが、電導度が低下し、
さらに低温特性も悪化して上記の要求を満たすことがで
きないという問題点があった。

【０００６】そこで、本発明は火花電圧が高く、さらに
電導度及び低温特性の良好な中高圧用の電解コンデンサ
用電解液を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の電解コンデンサ用電解液は、エチレングリコ
ールを主体とする溶媒と、安息香酸と１，７−オクタン
ジカルボン酸を含む溶質からなり、溶質中の安息香酸の
含有率が１４〜２８ｗｔ％であることを特徴とする。

【０００８】さらに、前記電解液中の溶質の含有率が１
２〜１８ｗｔ％であることを特徴とする。

【０００９】また、前記電解液に非イオン性界面活性
剤、多価アルコールに酸化エチレン及び／または酸化プ
ロピレンを重合させてえられるポリオキシアルキレン多
価アルコールエーテル化合物を１種以上添加したことを
特徴とする。

【００１０】そして、前記電解液に芳香族ニトロ化合物
を一種以上添加したことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の電解コンデンサ用電解液
はエチレングリコールを主体とする溶媒を用いる。そし
て、溶質中の含有率が１４〜２８ｗｔ％の安息香酸と、
１，７−オクタンジカルボン酸とを含む溶質を用いる。
このように、安息香酸と１，７−オクタンジカルボン酸
を含み、安息香酸の溶質中の含有率を１４〜２８ｗｔ％
とすることによって高電導度が得られ、理由は明らかで
はないがこれを用いた電解コンデンサの−４０℃での静
電容量の低下及びインピーダンスの上昇が抑制されて、
低温特性が向上する。さらに高い火花電圧を得ることが
でき、電解コンデンサの異常電圧特性が向上する。安息
香酸の含有率がこの範囲未満では電導度が低下し、この
範囲を越えると低温特性が悪化し、火花電圧が低下す
る。

【００１２】そして、以上の溶質の電解液中の含有率は
１２〜１８ｗｔ％が好ましい。下限値以上では低温特性
がさらに向上し、上限値以下ではさらに火花電圧が上昇
し、また寿命試験での容量変化が低減する。

【００１３】そして、前記電解液に非イオン性界面活性
剤、多価アルコールに酸化エチレン及び／または酸化プ
ロピレンを重合して得られるポリオキシアルキレン多価
アルコールエーテル化合物を添加することにより、さら
に電解液の火花電圧を向上させることができる。このこ
とによって、電解コンデンサの耐電圧特性が向上し、さ
らに異常電圧特性が向上する。また、非イオン性界面活
性剤は含浸の際に発泡する性質があるので、含浸時の作
業性を考慮すると多価アルコールに酸化エチレン及び／
または酸化プロピレンを重合して得られるポリオキシア
ルキレン多価アルコールエーテル化合物の方が好まし
い。

【００１４】非イオン性界面活性剤としては、ポリオキ
シエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアル
キルフェニルエーテル、アルキルアリルホルムアルデヒ
ド縮合ポリオキシエチレンエーテル、ポリオキシエチレ
ンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、グリセリン
脂肪酸エステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビ
タン脂肪酸エステルのポリオキシエチレンエーテル、ソ
ルビトール脂肪酸エステルのポリオキシエチレンエーテ
ル、ポリエチレングリコールの脂肪酸エステル、親水性
シリコンオイル等があげられる。

【００１５】多価アルコールに酸化エチレン及び／また
は酸化プロピレンを重合して得られるポリオキシアルキ
レン多価アルコールエーテル化合物の多価アルコールと
しては、エチレングリコール、プロピレングリコール、
グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビット、ポリ
グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロール
エタン等があげられる。これらのうちで好ましいのはグ
リセリン、ペンタエリスリトール、ソルビット、ポリグ
リセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエ
タンである。さらに、多価アルコールとしてグリセリン
を用いたポリオキシエチレングリセリンがもっとも好ま
しい。

【００１６】非イオン性界面活性剤、ポリオキシアルキ
レン多価アルコールエーテル化合物の添加量は０．１〜
１５重量％、好適には０．５〜１０重量％である。この
範囲未満では効果が低下し、この範囲を越えると電導度
が低下する。ここで、ポリオキシアルキレン多価アルコ
ールエーテル化合物を用いる場合、平均分子量が１００
０以上であると効果が高いので添加量は少なくて良い。

【００１７】また、前記電解液に芳香族ニトロ化合物を
添加することにより再化成中のガスの発生が抑制され、
そのことによって電解コンデンサのｔａｎδが低減す
る。また、コンデンサ内部圧力の上昇を抑制することが
できるので、コンデンサの寿命特性の改善を図ることが
できる。これはコンデンサ内部に発生した水素ガスとの
間でニトロ基の還元反応がおこることによるものと思わ
れる。芳香族ニトロ化合物の添加量は０．０１〜７．０
重量％、好適には０．１〜５．０重量％である。この範
囲未満では効果が低下し、この範囲を越えると電解液の
電導度が低下する。

【００１８】芳香族ニトロ化合物の具体例としては、ニ
トロフェノール、ジニトロフェノール、ニトロ安息香
酸、ニトロトルエン、ジニトロトルエン、ニトロキシレ
ン、ニトロベンゼン、ジニトロベンゼン、ニトロベンジ
ルアルコール、ニトロアセトフェノン、ニトロアニソー
ル、ジメトキシニトロベンゼン、ニトロアニリン、ニト
ロフェネトール、ニトロフタル酸、２−（ニトロフェノ
キシ）エタノール等をあげることができる。

【００１９】本発明における溶質は安息香酸と１，７−
オクタンジカルボン酸を含むことを特徴としているが、
この他に、通常、電解コンデンサ用電解液に溶質として
用いられるカルボン酸、ほう酸等を用いることができ
る。中でも、７−メチル−７−メトキシカルボニル−
１，９−デカンジカルボン酸、７，９−ジメチル−７，
９−ジメトキシカルボニル−１，１１−ドデカンジカル
ボン酸、７，８−ジメチル−７，８−ジメトキシカルボ
ニル−１，１４−テトラデカンジカルボン酸が好まし
く、さらに火花電圧が上昇するので７，８−ジメチル−
７，８−ジメトキシカルボニル−１，１４−テトラデカ
ンジカルボン酸が好ましい。

【００２０】そして、これらの塩としても用いることが
でき、塩としてはアンモニウム塩、アミン塩、四級アン
モニウム塩および環状アミジン化合物の四級アンモニウ
ム塩があげられる。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。
第四級アンモニウム塩を構成する第四級アンモニウムと
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、環状アミジン化合物の四級塩を構成するカ
チオンとしては、以下の化合物を四級化したカチオンが
挙げられる。すなわち、イミダゾール単環化合物（１─
メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、
１，４─ジメチル─２─エチルイミダゾール、１─フェ
ニ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、１，２−ジ
メチル−５（４）−アミノイミダゾール等のニトロおよ
びアミノ誘導体）、ベンゾイミダゾール（１−メチルベ
ンゾイミダゾール、１−メチル−２−ベンジルベンゾイ
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、１，４−
ジメチル−２−エチルイミダゾリン、１−メチル−２−
フェニルイミダゾリン等）、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、１，８−ジアザビシクロ
〔５．４．０〕ウンデセン−７、１，５−ジアザビシク
ロ〔４．３．０〕ノネン−５等）等である。これらのう
ちで好ましいのは、アンモニウム塩である。

【００２１】溶媒はエチレングリコールを主体としてい
るが、低温特性の改善、比抵抗の低減等の目的でプロト
ン性極性溶媒、非プロトン性溶媒、あるいは水を添加す
ることもできる。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（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、環状ア
ミド類、カーボネート類（γ−ブチロラクトン、Ｎ−メ
チル−２−ピロリドン、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）
オキシド類（ジメチルスルホキシド等）などが代表とし
てあげられる。

【００２２】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、例えばリン系化合物（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。

【００２３】以上のように、本発明の電解液は火花電圧
が高く、電導度及び低温特性も十分である。したがっ
て、本発明の電解液を用いることによって異常電圧特性
が良好で、ｔａｎδ、低温特性の良好な電解コンデンサ
を得ることができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２５】（表１）は、本発明例の実施例、従来例、
及び、比較例について、電解コンデンサ用電解液の組成
と、火花電圧および電導度を示したものである。ここ
で、電解液の作成は常法により行い、アンモニアガスを
注入してｐＨを調整した。また、火花電圧はコンデンサ
素子を用い、室温において１０ｍＡの定電流を流して測
定した値である。

【００２６】そして、（表２）には（表１）における実
施例、従来例、比較例の電解液を用いた２５０Ｖ−１０
０μＦの電解コンデンサの−４０℃での静電容量変化及
びインピーダンス比を示す。また、（表３）には初期特
性及び、１０５℃、２０００時間の高温負荷試験の結果
を示す。また、（表４）には異常電圧特性を評価するた
めに、室温で３７５Ｖ負荷した時のショートの数を調査
した、その結果を示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】（表１）から明らかなように、本発明の溶
質中の安息香酸の含有率が２６．５ｗｔ％、１７．６ｗ
ｔ％である実施例１及び実施例２〜５の電解液は、安息
香酸とほう酸を用いた比較例３より火花電圧が同等以上
であるにもかかわらず高い電導度を示している。さらに
安息香酸の含有率が１７．６ｗｔ％である実施例４は１
１．８ｗｔ％である比較例２、安息香酸のみを用いた比
較例４よりも高くなっている。

【００３２】そして、実施例１〜５の火花電圧は安息香
酸のみを用いた比較例４よりも高く、さらに安息香酸の
含有率が４４．１ｗｔ％である比較例１よりも高い。ま
た、溶質の含有率が１８ｗｔ％以下の実施例１〜４は１
８ｗｔ％を越える実施例５よりも高い。さらに、ポリオ
キシエチレングリセリンを添加した実施例２は添加しな
い実施例４より火花電圧は高く、ポリオキシエチレング
リセリンの効果がわかる。また、７，８−ジメチル−
７，８−ジメトキシカルボニル−１，１４−テトラデカ
ンジカルボン酸を用いた実施例３がもっとも火花電圧が
高い。

【００３３】そして、（表２）から明らかなように、実
施例１〜５の−４０℃での特性は静電容量変化率、イン
ピーダンス比共、安息香酸とほう酸を用いた比較例３、
安息香酸のみを用いた比較例４、さらに安息香酸の含有
率が４４．１ｗｔ％である比較例１よりも良好であり、
本発明の電解液は電導度、火花電圧ともに高く、さらに
低温特性に優れた電解コンデンサ用電解液であることが
分かる。

【００３４】また、（表３）から明らかなように、初期
特性ならびに高温負荷特性も良好であり、さらに溶質量
が１８ｗｔ％以下である実施例１〜４は１８ｗｔ％を越
える実施例５より容量変化は小さい。また、ｐ−ニトロ
フェノールを添加した実施例２は添加していない実施例
４より初期のｔａｎδは低く、さらに寿命試験後の製品
高さ寸法変化が少なく、ｐ−ニトロフェノールのガス発
生抑制効果が分かる。

【００３５】また、（表４）から、安息香酸の含有率が
４４．１ｗｔ％である比較例１、安息香酸のみを用いた
比較例４ではショートが発生しているが、実施例１〜５
においては、ショートの発生はなく、異常電圧特性も良
好であることがわかる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明の電解コンデンサ
用電解液はエチレングリコールを主体とする溶媒と安息
香酸と１，７−オクタンジカルボン酸を含む溶質からな
り、溶質中の安息香酸の含有率が１４〜２８ｗｔ％であ
ることを特徴とし、高火花電圧を有し、電導度が高く、
さらに低温特性が良好な電解コンデンサ用電解液であ
る。

【００３７】そして、電解液中の溶質の含有率が１２〜
１８ｗｔ％であると、さらに低温特性、火花電圧ならび
に寿命特性が向上する。

【００３８】さらに、非イオン性界面活性剤、多価アル
コールに酸化エチレン及び／または酸化プロピレンを重
合させてえられるポリオキシアルキレン多価アルコール
エーテル化合物を１種以上添加すると火花電圧が向上し
て、さらに電解コンデンサの異常電圧特性は向上する。

【００３９】また、芳香族ニトロ化合物を一種以上添加
することによってコンデンサ内部のガス発生が抑制され
て電解コンデンサの初期のｔａｎδが低減し、さらに寿
命特性が向上する。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エチレングリコールを主体とする溶媒と、
   安息香酸と１，７−オクタンジカルボン酸とを含む溶質
   からなり、溶質中の安息香酸の含有率が１４〜２８ｗｔ
   ％であることを特徴とする電解コンデンサ用電解液。
2. 【請求項２】電解液中の溶質の含有率が１２〜１８ｗｔ
   ％である、請求項１記載の電解コンデンサ用電解液。
3. 【請求項３】非イオン性界面活性剤、多価アルコールに
   酸化エチレン及び／または酸化プロピレンを重合させて
   えられるポリオキシアルキレン多価アルコールエーテル
   化合物を１種以上添加した、請求項１記載の電解コンデ
   ンサ用電解液。
4. 【請求項４】芳香族ニトロ化合物を一種以上添加した、
   請求項１記載の電解コンデンサ用電解液。