JP2003229331A

JP2003229331A - 電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ

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Publication number: JP2003229331A
Application number: JP2002027847A
Authority: JP
Inventors: Ryoko Takaoka; 涼子高岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2003-08-15
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: JP3979104B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高耐圧化、高耐熱性、長寿命に寄与できる駆
動用電解液を提供し、この駆動用電解液を用いて高温度
での負荷特性を向上させた電解コンデンサを得ることを
目的とするものである。【解決手段】溶媒としてエチレングリコールを用い、
溶質として有機酸および／またはその塩、硼酸、硼酸ア
ンモニウムの少なくとも１種以上を有し、かつ硼酸エス
テルとポリビニルピロリドンとを含む電解コンデンサ駆
動用電解液を用いて電解コンデンサにすることにより、
１２５℃という高温度環境下でも長時間特性の安定した
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駆動
用電解液およびそれを用いた電解コンデンサに関するも
のであり、特に高温負荷特性の改善に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１は電解コンデンサの構成を示す一部
切欠いた斜視図である。同図において、アルミニウム箔
をエッチング処理により実効表面積を拡大した表面に陽
極酸化により誘電体酸化皮膜を形成した陽極箔１１と、
アルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔１２とをセ
パレータ１３を介して巻回することによりコンデンサ素
子１９を構成し、このコンデンサ素子１９の陽極箔１１
および陰極箔１２にそれぞれ引き出し用の陽極リード１
５、陰極リード１６を接続し、このコンデンサ素子１９
に駆動用電解液１４を含浸させて、このコンデンサ素子
１９をアルミニウムケース１８内に挿入し、封口体１７
で封止することにより電解コンデンサが構成されてい
る。

【０００３】上記駆動用電解液１４は、有機溶媒と溶質
として硼酸もしくは硼酸アンモニウムが用いられている
が、これらは比較的化成性が良好であることから高圧用
として長期にわたって使用されている。しかし、硼酸も
しくは硼酸アンモニウムは、分子内に縮合水を有するた
め、高温でも特に１００℃以上で使用する電解コンデン
サに用いることはできなかった。

【０００４】そこで駆動用電解液１４の溶質として、ア
ゼライン酸、ブチルオクタン二酸（特公昭６０−１３２
９３号公報）、５，６−デカンジカルボン酸（特公昭６
３−１５７３８号公報）、側鎖を有する二塩基酸（特開
平２−１４５５３９号公報）等の二塩基酸及びそれらの
塩を用いた非水系の駆動用電解液１４が知られている。
これら有機カルボン酸は、電解液中の水分を低減できる
ため、１００℃以上の環境下でも水分による内圧上昇に
よる電解コンデンサの開弁を抑制することができるとさ
れている。

【０００５】また、駆動用電解液１４の火花発生電圧お
よび化成性を改善する目的でポリエチレングリコール
（特公平３−７６７７６号公報）、ポリグリセリン（特
公平７−７０４４３号公報）、ポリビニルアルコール
（特公平７−２２０８７号公報）、アルキレンブロック
ポリマー（特開平２−３１２２１８号公報）等の界面活
性剤を添加することも知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年高
調波対策回路や車両用に用いられる電解コンデンサは、
高温度での負荷特性が従来の電解コンデンサ以上に求め
られ、その要求を満足させるためには、上記従来の駆動
用電解液１４に使用していた有機カルボン酸もしくはそ
の塩に界面活性剤を添加した駆動用電解液１４や、硼酸
もしくは硼酸アンモニウムとの組み合わせの駆動用電解
液１４では、更なる高耐圧化、高耐熱性、長寿命の点で
満足することができないという課題があった。

【０００７】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
で、高耐圧化、高耐熱性、長寿命に寄与できる駆動用電
解液を提供し、この駆動用電解液を用いて高温度での負
荷特性を向上させた電解コンデンサを得ることができる
電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コ
ンデンサを提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の請求項１に記載の発明は、溶媒としてエチレ
ングリコールを用い、溶質として有機酸および／または
その塩、硼酸、硼酸アンモニウムの少なくとも１種以上
を有し、かつ硼酸エステルとポリビニルピロリドンとを
含むものであり、硼酸エステルは分子内に硼酸を有して
縮合水が無いため、電解コンデンサの内圧上昇を抑制す
ることができ、また、ポリビニルピロリドンは耐熱性を
有し、水への溶解性が高く、有機溶媒に溶解し難いた
め、電解液中で適度な溶解分散効果によりエチレングリ
コールや有機酸および／またはその塩、硼酸、硼酸アン
モニウムなどの作用を有効に発揮させることができるこ
とから、電解液の電導度を低下させることなく高温度で
の負荷特性を向上させることができ、また、火花発生電
圧を飛躍的に向上させることができるという作用を有す
る。

【０００９】請求項２に記載の発明は、特に硼酸エステ
ルが（化４）、（化５）、（化６）で示される少なくと
も１種を含むもので、硼酸エステルの分子内に硼酸を含
んでおり、また、置換基を変えることにより、電解液の
粘度を適度に調整することができ、火花発生電圧を向上
させることができるという作用を有する。

【００１０】

【化４】

【００１１】

【化５】

【００１２】

【化６】

【００１３】請求項３に記載の発明は、特に、硼酸エス
テルの添加量を１．０〜２０重量％の範囲とするもの
で、硼酸エステルの使用可能な添加量範囲を規定したも
のである。なお、硼酸エステルの添加量が１．０重量％
未満では更なる火花発生電圧の向上を図ることはでき
ず、２０重量％を越えると電解液の粘性が高くなりすぎ
て電導度を低下してしまう。

【００１４】請求項４に記載の発明は、特に、ポリビニ
ルピロリドンの分子量を１０００〜１００００００の範
囲とするもので、また、請求項５に記載の発明は、ポリ
ビニルピロリドンの添加量を０．１〜５．０重量％の範
囲とするものであり、使用可能な添加量と分子量範囲を
規定することにより最適化を図ることができるという作
用を有する。

【００１５】請求項６に記載の発明は、特に、有機酸が
１，７−オクタンジカルボン酸、アゼライン酸、安息香
酸、セバシン酸の少なくとも１種としたものであり、陽
極箔の化成性が良好となるため、請求項１に記載の発明
の作用を更に向上させることができるという作用を有す
る。

【００１６】請求項７に記載の発明は、溶媒としてエチ
レングリコールを、溶質として有機酸および／またはそ
の塩、硼酸、硼酸アンモニウムの少なくとも１種以上有
するとともに硼酸エステルとポリビニルピロリドンとを
含む駆動用電解液を用いた電解コンデンサとするもの
で、高耐圧化、高耐熱性、長寿命に寄与できる駆動用電
解液を用いることにより、高温度での負荷特性を向上さ
せた電解コンデンサを得ることができるという作用を有
する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１８】（実施の形態１）本実施の形態１の駆動用
電解液は、溶媒としてエチレングリコールを用い、溶質
として有機酸および／またはその塩、硼酸、硼酸アンモ
ニウムの少なくとも１種以上を有し、かつ硼酸エステル
とポリビニルピロリドンとを含むものを用いることによ
り、火花発生電圧が向上し、高耐圧化、高耐熱性、長寿
命に寄与できる駆動用電解液を得ることができることか
ら、この駆動用電解液を用いた電解コンデンサは高温度
での負荷特性を向上させることができる。

【００１９】特に定格電圧が４５０ＷＶ以上の電解コン
デンサにおいて高耐圧化、高耐熱性、長寿命の電解コン
デンサを提供することができるものである。

【００２０】以下、具体的な実施例を用いて詳細に説明
をする。

【００２１】（実施例１〜９）まず、（表１）に（化
４）、（化５）、（化６）で示される硼酸エステルの具
体的な事例を列記する。

【００２２】

【表１】

【００２３】（表１）に示すように、本実施例の（化
４）、（化５）、（化６）で示される硼酸エステルは、
置換基をあらゆる形で選択できるため、粘度や融点等の
物理的特性をその駆動用電解液の用途に応じて自由に選
択できるものである。

【００２４】なお、上記（表１）で示した構造式は、本
実施例の（化４）、（化５）、（化６）で示した構造の
一部を示すものであり、（表１）以外にもあらゆる構造
を有することができるものである。

【００２５】次に、溶媒にエチレングリコールを用い、
溶質として有機酸塩、硼酸、硼酸アンモニウムの少なく
とも１種と、（表１）で示した硼酸エステルとポリビニ
ルピロリドンとを用いた駆動用電解液の特性を（表２）
に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】（表２）において、実施例１〜４は溶質と
して有機酸塩を用いたもの（比較例１と対比）、実施例
５および６は硼酸および／または硼酸アンモニウムを用
いたもの（比較例２と対比）、実施例７〜９は有機酸塩
と硼酸または硼酸アンモニウムを用いたもの（比較例３
と対比）で、これら各実施例の駆動用電解液は各比較例
の駆動用電解液に比べて高い火花発生電圧を得ることが
できる。

【００２８】また、比較例４は有機酸塩と硼酸アンモニ
ウムに硼酸エステルを、比較例５は有機酸塩と硼酸アン
モニウムにポリビニルピロリドンをそれぞれ加えたもの
であるが、実施例７〜９の方が高い火花発生電圧を得る
ことができる。

【００２９】また、上記実施例９と比較例３の火花発生
電圧の特性を図２に示す。図２から明らかなように、実
施例９は比較例３に比べて化成皮膜の修復性が良好であ
るために、化成性が良好で高い火花発生電圧を得ること
ができるものである。

【００３０】（実施例１０〜１７）溶媒にエチレングリ
コールを用い、溶質として１，７−オクタンジカルボン
酸２アンモニウムおよび硼酸アンモニウムと、（表１）
で示した硼酸エステルとポリビニルピロリドンとを用い
た駆動用電解液において、硼酸エステルとポリビニルピ
ロリドンの添加量について説明する。

【００３１】（表３）に硼酸エステルとポリビニルピロ
リドンの分子量およびその添加量を変化させたときの駆
動用電解液の組成と火花発生電圧の結果を示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】（表３）において、実施例１０〜１２はポ
リビニルピロリドンの分子量を変化させたもの（添加量
は一定）、実施例１３〜１７はポリビニルピロリドンの
分子量と添加量を変化させ、また、ポリビニルピロリド
ンの添加量に合わせて硼酸エステルの添加量を変化させ
たときのものである。

【００３４】上記実施例１０〜１２から、ポリビニルピ
ロリドンの分子量が大きくなると火花発生電圧を高くす
ることができる。しかし、上記（表１）からでも火花発
生電圧が高くなると電導度は低下するので、駆動用電解
液の組成の最適化が必要である。

【００３５】また、上記実施例１３〜１７から、ポリビ
ニルピロリドンの分子量が小さいときは添加量を多く
し、ポリビニルピロリドンの分子量が大きいときは添加
量を少なくしても火花発生電圧をほぼ同等の値にするこ
とができる。

【００３６】一般に重合物の溶解度は、分子量が高くな
るにつれて溶媒中に溶解しにくくなるため、ポリビニル
ピロリドンの分子量は１０００〜１００００００の範囲
が好ましい。そして、その添加量は０．１〜５．０重量
％の範囲が最適である。

【００３７】さらに、硼酸エステルについても、その添
加量に応じて火花発生電圧を向上させることも可能であ
るが、添加量が多過ぎた場合、駆動用電解液の粘度が極
端に上昇し、電導度が低下して駆動用電解液としての機
能を果たすことができなくなるため、その添加量は１．
０〜２０重量％の範囲が好ましい。

【００３８】（実施の形態２）上記実施の形態１の各実
施例の駆動用電解液を用いて電解コンデンサを作製し、
その寿命試験について説明をする。

【００３９】本実施の形態２で用いた電解コンデンサは
図１と同様の構成を有している。

【００４０】まず、上記（表２）で示した実施例２と比
較例１の駆動用電解液を用いて電解コンデンサを各２０
個用意し、寿命試験を行った結果を（表４）に示す。こ
こで使用した電解コンデンサの定格は、いずれも４５０
ＷＶ３３μＦであり、その試験温度は１０５℃で行っ
た。

【００４１】

【表４】

【００４２】（表４）から明らかなように、実施例２の
駆動用電解液を用いた電解コンデンサは、火花発生電圧
が高いという特徴から製品作製段階であるエージング工
程および寿命試験を通じてショート・パンク等の不具合
も生じず、寿命試験後の容量変化率、ｔａｎδ、漏れ電
流（ＬＣ）、外観変化のどの特性においても変化が少な
く信頼性の高い電解コンデンサを得ることができる。

【００４３】次に、上記（表２）で示した実施例８と比
較例３の駆動用電解液を用いて電解コンデンサを各２０
個用意し、寿命試験を行った結果を（表５）に示す。こ
こで使用した電解コンデンサの定格は、いずれも５００
ＷＶ２２μＦであり、その試験温度は１０５℃で行っ
た。

【００４４】

【表５】

【００４５】（表５）から明らかなように、実施例８の
駆動用電解液は、火花発生電圧が高いという特徴からそ
れを用いた電解コンデンサは、５００Ｖで評価したにも
かかわらず製品作製段階であるエージング工程および寿
命試験を通じてショートパンク等の不具合も生じず、試
験後の容量変化率、ｔａｎδ変化、漏れ電流（ＬＣ）、
外観変化のどの特性においても変化が少なく信頼性の高
い電解コンデンサを得ることができるものである。

【００４６】次に、上記（表３）で示した実施例１６と
比較例３〜５の駆動用電解液を用いて電解コンデンサを
各２０個用意し、高温安定性を確認するために、試験温
度を１２５℃中で寿命試験を行った結果を（表６）に示
す。ここで使用した電解コンデンサの定格は、いずれも
５００ＷＶ１０μＦを用いて実施した。

【００４７】

【表６】

【００４８】（表６）から明らかなように、実施例１６
の駆動用電解液は、火花発生電圧が高いという特徴から
それを用いた電解コンデンサは、１２５℃という高温度
環境下で評価したにもかかわらず、寿命試験後もショー
トパンク等の不具合も生じず、試験後の容量変化率、ｔ
ａｎδ変化、漏れ電流（ＬＣ）、外観変化のどの特性に
おいても変化が少なく信頼性の高い電解コンデンサを得
ることができるものである。

【００４９】なお、実施の形態１で用いた有機酸塩とし
てアンモニウム塩を使用したが、このアンモニウム塩以
外にアミン塩、アミジン系塩等が使用できる。その有機
酸および／またはその塩は、単独はもちろん、使用用途
に応じて２種以上の混合でも問題なく、本実施の形態と
同様の効果が得られるものである。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、溶媒とし
てエチレングリコールを用い、溶質として有機酸および
／またはその塩、硼酸、硼酸アンモニウムの少なくとも
１種以上を有し、かつ硼酸エステルとポリビニルピロリ
ドンとを含むものであり、硼酸エステルは分子内に硼酸
を有して縮合水が無いため、電解コンデンサの内圧上昇
を抑制することができ、また、ポリビニルピロリドンは
耐熱性を有し、水への溶解性が高く、有機溶媒に溶解し
難いため、電解液中で適度な溶解分散効果によりエチレ
ングリコールや有機酸および／またはその塩、硼酸、硼
酸アンモニウムなどの作用を有効に発揮させることがで
きることから、電解液の電導度を低下させることなく高
温度での負荷特性を向上させることができ、また、火花
発生電圧を飛躍的に向上させることができる。

【００５１】また、上記駆動用電解液を用いた電解コン
デンサは１２５℃という高温度環境下でも高耐圧で、長
時間特性の安定した電解コンデンサを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態および従来の電解コンデン
サの構成を示す一部切欠いた斜視図

【図２】本発明の実施の形態１による実施例９と比較例
３における駆動用電解液の化成性を示す特性図

【符号の説明】

１１陽極箔１２陰極箔１３セパレータ１４駆動用電解液１５陽極リード１６陰極リード１７封口体１８アルミニウムケース１９コンデンサ素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶媒としてエチレングリコールを用い、
溶質として有機酸および／またはその塩、硼酸、硼酸ア
ンモニウムの少なくとも１種以上を有し、かつ硼酸エス
テルとポリビニルピロリドンとを含む電解コンデンサ駆
動用電解液。
【請求項２】硼酸エステルが（化１）、（化２）、
（化３）で示される少なくとも１種を含む請求項１に記
載の電解コンデンサ駆動用電解液。【化１】【化２】【化３】
【請求項３】硼酸エステルの添加量が１．０〜２０重
量％の範囲である請求項１に記載の電解コンデンサ駆動
用電解液。
【請求項４】ポリビニルピロリドンの分子量が１００
０〜１００００００の範囲である請求項１に記載の電解
コンデンサ駆動用電解液。
【請求項５】ポリビニルピロリドンの添加量が０．１
〜５．０重量％の範囲である請求項１に記載の電解コン
デンサ駆動用電解液。
【請求項６】有機酸が１，７−オクタンジカルボン
酸、アゼライン酸、安息香酸、セバシン酸の少なくとも
１種である請求項１に記載の電解コンデンサ駆動用電解
液。
【請求項７】溶媒としてエチレングリコールを、溶質
として有機酸および／またはその塩、硼酸、硼酸アンモ
ニウムの少なくとも１種以上有するとともに硼酸エステ
ルとポリビニルピロリドンとを含む電解コンデンサ用電
解液を用いた電解コンデンサ。