JP2002057073A - アルミ電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低インピーダンス特性を有し、高温寿命特性
も良好なアルミ電解コンデンサを提供する。 【解決手段】 水を主成分とする溶媒に、キレート化剤
を添加した電解液を表面にシランカップリング剤を付着
させた陰極箔を用いたコンデンサ素子内に含有させたの
で、低インピーダンス及び良好な高温寿命特性を実現す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はアルミ電解コンデンサ
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】このような電解コンデ
ンサの用途として、スイッチング電源の出力平滑回路な
どの電子機器がある。このような用途においては、低イ
ンピーダンス特性が要求されるが、電子機器の小型化が
進むにつれて、電解コンデンサへの、この要求がさらに
高いものとなってきている。そして、この要求には、従
来のアルミ電解コンデンサでは対応することができず、
さらにインピーダンスの低いアルミ電解コンデンサがの
ぞまれていた。

【０００５】そこで、本発明は、この問題点を改善する
もので、低インピーダンス特性を有し、かつ、高温寿命
特性の良好なアルミ電解コンデンサを提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決しようとする手段】本発明のアルミ電解コ
ンデンサは、水を主成分とする溶媒を用いキレート化剤
を添加した電解コンデンサ用電解液を表面にシランカッ
プリング剤を付着させた陰極箔を用いたコンデンサ素子
内に、含有することを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に用いる電解液は、水を主
成分とする溶媒を用いるものであり、含有率は溶媒中、
３５〜１００ｗｔ％であり、好ましくは、５５〜１００
ｗｔ％である。この範囲未満では、電導度が低下する。
そして、この電解液を表面にシランカップリング剤を付
着させた陰極箔を用いたコンデンサ素子内に、含有す
る。なお、陽極箔の表面にもシランカップリング剤を付
着させると、放置後の静電容量の減少が抑制されるの
で、好適である。

【０００８】ここで用いるシランカップリング剤は特に
限定はないが、下記の一般式で表される化合物または、
これらの塩からなるシランカップリング剤が代表的であ
る。

【化１】 （式中、Ｘ₁ は、ビニル基、アミノ基、エポキシ基、ク
ロル基、メタクリロキシ基、メルカプト基、ケチミン基
を有する原子団、Ｘ₂ 〜Ｘ₄ は、アルキル基、アルコキ
シ基、クロル基） これらのシランカップリング剤としては、ビニルトリメ
トキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）３−アミノプ
ロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエ
トキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシ
シラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチ
ルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルト
リメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキ
シシラン、Ｎ−〔２−（ビニルベンジルアミノ）エチ
ル〕−３−アミノプロピルトリメトキシシラン・塩酸塩
等を例示することができる。

【０００９】そして、電解液の副溶媒として、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（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、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。

【００１０】そして、添加剤として用いられるキレート
化剤としては、以下のものが挙げられる。すなわち、ク
エン酸、酒石酸、グルコン酸、リンゴ酸、乳酸、グリコ
ール酸、α−ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシマロン酸、α
−メチルリンゴ酸、ジヒドロキシ酒石酸等のα−ヒドロ
キシカルボン酸類、γ−レゾルシル酸、β−レゾルシル
酸、トリヒドロキシ安息香酸、ヒドロキシフタル酸、ジ
ヒドロキシフタル酸、フェノールトリカルボン酸、アウ
リントリカルボン酸、エリオクロムシアニンＲ等の芳香
族ヒドロキシカルボン酸類、スルホサリチル酸等のスル
ホカルボン酸類、タンニン酸等のタンニン類、ジシアン
ジアミド等のグアニジン類、ガラクトース、グルコース
等の糖類、リグノスルホン酸塩等のリグニン類、そし
て、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ニトリロ三
酢酸（ＮＴＡ）、グリコールエーテルジアミン四酢酸
（ＧＥＤＴＡ）、ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰ
Ａ）、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸（ＨＥ
ＤＴＡ）、トリエチレンテトラミン六酢酸（ＴＴＨＡ）
等のアミノポリカルボン酸類またはこれらの塩である。
そして、これらの塩としては、アンモニウム塩、アルミ
ニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等を用いることが
できる。これらのうちで好ましいのは、アルミニウムと
キレート形成しやすい、クエン酸、酒石酸、グルコン
酸、アウリントリカルボン酸、γ−レゾルシル酸、ＥＤ
ＴＡ、ＧＥＤＴＡ、ＤＴＰＡ、ＨＥＤＴＡまたはこれら
の塩であり、さらに好ましいのは、クエン酸、酒石酸、
グルコン酸、γ−レゾルシル酸及びアウリントリカルボ
ン酸、ＥＤＴＡ、ＤＴＰＡまたはこれらの塩である。

【００１１】そして、これらのキレート化剤の添加量
は、０．０１〜３．０ｗｔ％、好ましくは、０．１〜
２．０ｗｔ％である。この範囲外では、効果が低減す
る。

【００１２】また、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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】さらに、本発明に用いる電解コンデンサ用
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。

【００１６】以上の本発明のアルミ電解コンデンサは、
インピーダンス特性、さらには、高温寿命特性が良好で
ある。

【００１７】一般に、溶媒中の水の含有率を高めていく
と、水素ガスの発生によって、コンデンサ内の圧力が高
くなり、ケースにフクレが生じるという状況になる。特
に、１０５℃以上の高温寿命試験においては、溶媒中の
水の含有率が１５ｗｔ％を越えると、ガスが大量に発生
して、コンデンサ内の圧力が増加し、安全弁の開弁にい
たるという状況になり、使用に耐えることができなかっ
た。すなわち、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、多量の水の存在下では、この水が
アルミニウム箔上に形成された緻密な酸化皮膜を通し
て、アルミニウム箔に達し、アルミニウムと反応して水
酸化アルミニウムを形成する。そして、この際に、水素
ガスが発生する。さらに、１０５℃以上の高温下におい
てはこの反応が急激に進行して、ガス発生が大量とな
り、従来よりガス発生抑制剤として用いられていたニト
ロ化合物、リン化合物ではこのガス発生を抑制すること
ができず、コンデンサ内部の内圧の上昇と共に、コンデ
ンサの開弁にいたってしまう。

【００１８】しかしながら、本発明においては、電解液
中にキレート化剤を添加し、表面にシランカップリング
剤を付着させた陰極箔を用いたコンデンサ素子内に含有
しているので、水の含有率を１５ｗｔ％以上としても、
以上のような状況が抑制されて、１０５℃以上の高温試
験に耐えうる電解コンデンサを得ることができる。さら
に、水の含有率を溶媒中１００ｗｔ％にまで高めること
が可能であり、水を主成分とした電解液を得ることがで
きるので、電解液の電導度を高めることができ、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。

【００１９】さらに、従来の、水を含有する電解液を用
いた電解コンデンサにおいては、高温放置試験後の漏れ
電流が上昇していたが、本発明の電解液を用いた電解コ
ンデンサにおいては、この漏れ電流の上昇は小さく、ま
た、高温試験後のｔａｎδの変化も従来よりも小さく、
高温寿命特性が向上する。

【００２０】以上のように、水を主体とする溶媒にキレ
ート化剤を添加した電解液を表面にシランカップリング
剤を付着させた陰極箔を用いたコンデンサ素子内に含有
することによって、水の含有率を溶媒中１００ｗｔ％に
まで高めることができるので、電解液の高電導度を得る
ことができ、さらには、コンデンサのケースのフクレや
開弁を防止し、また、高温試験後のｔａｎδ、漏れ電流
特性が向上する。このように、本発明の、水を主体とす
る溶媒とキレート化剤と表面にシランカップリング剤を
付着させた陰極箔を用いたコンデンサ素子の相乗作用に
より、従来にない、インピーダンス特性及び高温寿命特
性を有する電解コンデンサを実現することができる。

【００２１】また、本発明に用いる電解液は、水を主成
分とした溶媒を用いているので、高電圧使用などの規格
外の使用によってコンデンサが故障した際にも、発火が
発生するなどの問題点がない。また、溶媒以外の成分
は、カルボン酸、キレート化剤であり、電解液を構成す
る成分は安全性も高い。このように、耐環境性も良好で
ある。

【００２２】

【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、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。そして、両極箔の表面にＮ−
（２−アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシ
シラン水溶液を塗布し、乾燥処理を行った。

【００２３】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。

【００２４】ここで用いる電解液の組成と、その特性を
（表１）に示す。また、比較例として、実施例５で用い
る電解液と従来の陰極箔を用いた電解コンデンサを作成
した。

【００２５】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−１０００μＦである。試験条件は、１０５°Ｃ、定
格電圧負荷、１０００時間及び、１０５℃、放置、１０
００時間である。それぞれの結果を（表２）、（表３）
に示す。

【００２６】

【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 ACTR：クエン酸アンモニウム AGLC：グルコン酸アンモニウム DTPA：ジエチレントリアミン五酢酸 水の欄の（ ）の数字は、溶媒中の水の含有率

【００２７】

【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（％）

【００２８】

【表３】

【００２９】（表１）〜（表３）から明らかなように、
溶媒中の含水率が３５〜７０ｗｔ％である実施例１〜６
は、電解液の比抵抗は低く、初期のｔａｎδも低い。ま
た、高温試験後のｔａｎδの変化も小さいものとなって
いる。さらに、高温放置試験後の漏れ電流も小さく、１
０５℃、１０００時間保証が可能となっている。これに
比べて、従来の電極箔を用いた比較例は開弁にいたって
おり、本発明によって、低インピーダンス特性を有し、
放置特性の良好なアルミ電解コンデンサを実現している
ことがわかる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、電解コンデンサ用電解液にお
いて、水を主成分とする溶媒にキレート化剤を添加した
電解液を表面にシランカップリング剤を付着させた陰極
箔を用いたコンデンサ素子に含有しているので、水の含
有率を溶媒中１００ｗｔ％にまで高めることができ、電
解液の高電導度を得ることができる。さらには、コンデ
ンサのフクレや開弁を防止し、高温放置後の漏れ電流の
上昇及び、高温試験後のｔａｎδの上昇を低減すること
ができる。このように、本発明のアルミ電解コンデンサ
の、水を主体とする溶媒とキレート化剤と表面にシラン
カップリング剤を付着させた陰極箔を用いたコンデンサ
素子の相乗作用によって、従来にないインピーダンス特
性及び高温寿命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 伊東 久富 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水を主成分とする溶媒を用い、キレート
   化剤を添加した電解コンデンサ用電解液を表面にシラン
   カップリング剤を付着させた陰極箔を用いたコンデンサ
   素子内に、含有するアルミ電解コンデンサ。