JP2003109880A - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 １５０℃の高温使用に耐えうる電解コンデン
サを提供する。 【解決手段】 陽極引出し手段を備えた陽極箔と陰極引
出し手段を備えた陰極箔とセパレータを巻回し、かつ駆
動用電解液を含浸させてなるコンデンサ素子と、このコ
ンデンサ素子を収納する外装ケースと、この外装ケース
の開口部を封口する封口体を備え、前記駆動用電解液と
してスルホランを含む溶媒からなる電解液を用い、かつ
前記封口体としてイソプレン−イソブチレン−ジビニル
ベンゼン共重合体を過酸化物加硫してなる封口体を用い
ているので、１５０℃において封口体の劣化、電気特性
の劣化が抑制される。

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、
特に高温長寿命特性の良好な電解コンデンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電解コンデンサは電極引出し手段
であるリード線を備えた電極箔をセパレータを介して巻
回したコンデンサ素子に駆動用電解液が含浸される。そ
して、このコンデンサ素子が有底筒状の外装ケースに収
納され、外装ケースの開口部に封口体が装着される。そ
して、開口部を加締め加工によって封口して、電解コン
デンサが形成される。通常、この電解コンデンサ用封口
体として、ブチルゴムやエチレンプロピレンゴムからな
る封口ゴムが用いられる。

【０００３】そして、小型、低圧、低インピーダンス用
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、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、
自動車の電装品やインバータ照明に用いられる電解コン
デンサの使用環境温度が１５０℃へと高温化している。
ところが、前記の従来の電解コンデンサでの高温使用は
１２５℃が限界であり、１５０℃での特に長時間使用に
は耐えることができない。

【０００５】すなわち、前記の電解液が封口ゴムに膨潤
し、１５０℃の高温下で封口ゴムが熱酸化劣化をおこし
てゴム特性が劣化し、ゴム強度の低下、気密性の低下を
もたらし、電解コンデンサの特性が低下するという問題
点があった。そこで、本発明は１５０℃の高温長時間使
用に耐えることのできる電解コンデンサを提供すること
をその目的とする。

【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、陽極引出し手段を備えた陽極箔と陰極引出し手段を
備えた陰極箔とをセパレータを巻回し、かつ駆動用電解
液を含浸させてなるコンデンサ素子と、このコンデンサ
素子を収納する外装ケースと、この外装ケースの開口部
を封口する封口体を備え、前記駆動用電解液としてスル
ホランを含む溶媒からなる電解液を用い、かつ前記封口
体としてイソプレン−イソブチレン−ジビニルベンゼン
共重合体を過酸化物加硫してなるブチルゴムを用いたこ
とを特徴としている。

【０００７】また、陰極箔として、表面の一部又は全部
に、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化タンタル、窒
化ニオブから選ばれた金属窒化物、又は、チタン、ジル
コニウム、タンタル、ニオブから選ばれた金属からなる
皮膜を形成したアルミニウム箔を用いることができる。

【０００８】さらに、陰極引出し手段の表面の一部又は
全部に、セラミックコーティング層を形成することがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に用いる封口体としてはイ
ソプレン−イソブチレン−ジビニルベンゼン共重合体を
過酸化物加硫してなるブチルゴムを用いる。過酸化物加
硫に用いる加硫剤としてはケトンパーオキサイド類、パ
ーオキシケタール類、ハイドロパーオキサイド類、ジア
ルキルパーオキサイド類、ジアシルパーオキサイド類、
パーオキシジカーボネート類、パーオキシエステル類な
どを挙げることができる。具体的には、１，１−ビス−
ｔ−ブチルパーオキシ−３，３，５−トリメチルシクロ
ヘキサン、ｎ−ブチル−４，４−ビス−ｔ−ブチルパー
オキシバレレート、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチ
ルパーオキシベンゾエート、ジ−ｔ−ブチルパーオキサ
イド、ベンゾイルパーオキサイド、１，３−ビス（ｔ−
ブチルパーオキシ−イソプロピル）ベンゼン、２，５−
ジメチル−２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシルヘキシ
ン−３、ｔ−ブチルパーオキシクメン、α、α´ビス
（ターシャーリーブチルパーオキシ）ジイソプロピルベ
ンゼンなどを挙げることができる。

【００１０】そして、上記のイソプレン−イソブチレン
−ジビニルベンゼン共重合体に加硫剤、そしてマイカ、
クレー、タルクなどの充填材、その他、加工助剤、老化
防止剤、架橋助剤を添加する。そして、密閉型混合機、
オープンロール等で混練し、ゴムシートを形成する。次
いで、加硫成型金型で加圧、加熱して、加硫すると共
に、電解コンデンサ用封口体状のシートに成型する。そ
して、成型後のシートを打ち抜いて本発明の封口体を形
成する。

【００１１】そして、以下のような駆動用電解液を用い
る。

【００１２】本発明の電解液は、スルホランを含有する
ものであるが、この他に、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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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
化を図ることができるので、好適である。

【００１７】ここで、前記の電解液においてγ−ブチロ
ラクトンとの混合溶媒を用い、溶質として四級化環状ア
ミジニウムイオンをカチオン成分とする塩を用いると、
高温寿命特性が良好でさらに誘電損失、低温特性も良好
な電解コンデンサを得ることができる。また、γ−ブチ
ロラクトンの混合溶媒中の含有率が６０％より小さい場
合は寿命特性がさらに向上し、２０％より大きい場合は
誘電損失、低温特性が向上するので、γ─ブチロラクト
ンの含有率は２０〜６０％が好ましい。

【００１８】さらに、このような電解液に溶媒としてエ
チレングリコールを加え、ほう酸、マンニットを添加す
ると耐電圧特性が向上する。添加量は、電解液全体に対
して、ほう酸を０．５〜２．５ｗｔ％、マンニットを
０．５〜２．５ｗｔ％を添加すると好適である。この範
囲未満では、耐電圧特性が低下し、この範囲を越える
と、電導度が低下する。また、添加するマンニットの量
は、ほう酸の添加量１に対して、１．０〜２．０が好ま
しい。この範囲未満では、高温保存下での電導度が低下
し、この範囲を越えると初期の電導度が低下する。以上
の電解液を用いることによって高温寿命特性が良好で５
０Ｖ以上の耐電圧特性を有し、さらに低温特性も良好な
電解コンデンサを実現することができる。

【００１９】以上のような封口体と駆動用電解液を用い
て、本発明の電解コンデンサが形成される。すなわち、
上記の電解液を含浸したコンデンサ素子を外装ケースに
収納し、この外装ケースの開口部に封口体を装着する。
そして、開口部を加締め加工等によって封口して、本発
明の電解コンデンサが形成される。

【００２０】以上のように本発明においては、イソプレ
ン−イソブチレン−ジビニルベンゼン共重合体を過酸化
物加硫してなるブチルゴムからなる封口体を用い、さら
にスルホランを含む溶媒からなる駆動用電解液を用いて
いるので、１５０℃の高温下で電解液が膨潤しても熱酸
化劣化の進行が抑制されてゴム特性の劣化が抑制され、
さらに電解液の封口体を通しての減少が少ない。また低
インピーダンス特性を有し、４級アンモニウム塩等にみ
られる漏液も防止される。このような封口体と電解液の
相乗作用によって、本発明の電解コンデンサは高温長寿
命特性が良好である。

【００２１】また、本発明の電解コンデンサにおいて、
陰極電極箔として、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒
化タンタル、窒化ニオブから選ばれた金属窒化物、又
は、チタン、ジルコニウム、タンタル、ニオブから選ば
れた金属を蒸着法、メッキ法、塗布など従来より知られ
ている方法により被覆した陰極電極箔を用いることがで
きる。ここで、被覆する部分は陰極電極箔の全面に被覆
してもよいし、必要に応じて陰極電極箔の一部、例えば
陰極電極箔の一面のみに金属窒化物又は金属を被覆して
もよい。このことによって、電解液の漏液防止効果を高
めることができる。

【００２２】また、リード線の少なくとも丸棒部の表面
には、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ などからなるセ
ラミックスコーティング層等の絶縁層を形成したり、ホ
ウ酸アンモニウム水溶液、リン酸アンモニウム水溶液あ
るいはアジピン酸アンモニウム水溶液等による陽極酸化
処理によって形成した酸化アルミニウム層を形成するこ
とができる。このことによっても、漏液防止効果を高め
ることができる。

【００２３】

【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に窒化チタンを蒸着した箔を用い
た。また、リード線の丸棒部の表面にはＡｌ₂ Ｏ₃ とＳ
ｉＯ₂ を成分として用いた金属アルコキシド系セラミッ
クからなるセラミックコーティング層を形成した。

【００２４】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、前記封口体を挿入し、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。

【００２５】ここで、封口体は、以下のようにして作成
した。ゴムポリマーとしてイソプレン−イソブチレン−
ジビニルベンゼン共重合体、ＸＬ１００００（バイエル
社製）を用い、加硫剤としてジクミルパーオキサイドを
用い、その他の添加剤を配合し、オープンロールで混練
して、過酸化物加硫ブチルゴムからなるゴムシートを形
成した。

【００２６】次に、加硫成型金型で加圧、加熱して、こ
れらのシートをを加硫接合すると共に、電解コンデンサ
用封口体状のシートに成型する。そして、成型後のシー
トを打ち抜いて本発明の封口体を作成した。

【００２７】ここで作成した電解コンデンサに用いた、
電解液の組成と特性を（表１）に示す。

【００２８】そして、これらの実施例１〜３、従来例の
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、実施例３は２５ＷＶ−１２００μＦ、その
他は５０ＷＶ−１２００μＦであり、試験条件は１５０
℃、定格電圧負荷、１０００時間である。電気特性とゴ
ム特性（硬度ΔＨｍ）の結果を（表２）に示す。

【００２９】

【表１】 ＊ GBL ：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 BA ：ほう酸 MAN ：マンニット GLB の欄の( ) ：γ─ブチロラクトンの混合溶媒中の重
量％

【００３０】

【表２】 Cap(μF)、ESR (mΩ) 、ΔC(％) 、ΔHm (度)

【００３１】（表２）からわかるように、従来例では静
電容量もＥＳＲも大幅に劣化しており、ゴム硬度も測定
不能なまで劣化している。これに対して実施例の電解コ
ンデンサは１５０℃、１０００時間後も良好な特性を示
しており、本発明の電解コンデンサは１５０℃使用が可
能な電解コンデンサであることがわかる。

【発明の効果】本発明においては、陽極引出し手段を備
えた陽極箔と陰極引出し手段を備えた陰極箔とをセパレ
ータを巻回し、かつ駆動用電解液を含浸させてなるコン
デンサ素子と、このコンデンサ素子を収納する外装ケー
スと、この外装ケースの開口部を封口する封口体を備
え、前記駆動用電解液としてスルホランを含む溶媒から
なる電解液を用い、かつ前記封口体としてイソプレン−
イソブチレン−ジビニルベンゼン共重合体を過酸化物加
硫してなるブチルゴムを用いているので、１５０℃の高
温度使用に耐えうる電解コンデンサを提供することがで
きる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｃ２２Ｃ 21/00 Ｈ０１Ｇ 9/02 ３１１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極引出し手段を備えた陽極箔と陰極引
   出し手段を備えた陰極箔とをセパレータを巻回し、かつ
   駆動用電解液を含浸させてなるコンデンサ素子と、この
   コンデンサ素子を収納する外装ケースと、この外装ケー
   スの開口部を封口する封口体を備え、前記駆動用電解液
   としてスルホランを含む溶媒からなる電解液を用い、か
   つ前記封口体としてイソプレン−イソブチレン−ジビニ
   ルベンゼン共重合体を過酸化物加硫してなるブチルゴム
   を用いた電解コンデンサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の陰極箔が、表面の一部又
   は全部に、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化タンタ
   ル、窒化ニオブから選ばれた金属窒化物、又は、チタ
   ン、ジルコニウム、タンタル、ニオブから選ばれた金属
   からなる皮膜を形成したアルミニウム箔である電解コン
   デンサ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の陰極引出し手段の表面の
   一部又は全部に、セラミックコーティング層を形成した
   電解コンデンサ。