JP2004165260A - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】低インピーダンス特性を有し、さらに１００Ｖ級の高耐電圧特性を有し、耐湿性、高温寿命特性も良好な電解コンデンサを提供する。
【解決手段】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電解液を含浸してなる電解コンデンサにおいて、セパレータとしてガラス繊維を含む混抄紙を用いるとともに、四弗化アルミニウム塩を含む電解液を用いているので、低インピーダンス特性、高耐電圧特性を有し、耐湿特性、高温寿命特性も良好である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は電解コンデンサ、特に、低インピーダンス特性、および高耐電圧特性を有する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、一般的には図１に示すような構造からなる。すなわち、帯状の高純度のアルミニウム箔に、化学的あるいは電気化学的にエッチング処理を施して、アルミニウム箔表面を拡大させるとともに、この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して表面に酸化皮膜層を形成させた陽極電極箔２と、エッチング処理のみを施した高純度のアルミニウム箔からなる陰極電極箔３とを、マニラ紙等からなるセパレータ１１を介して巻回してコンデンサ素子１を形成する。そして、このコンデンサ素子１は、電解コンデンサ駆動用の電解液を含浸した後、アルミニウム等からなる有底筒状の外装ケース１０に収納する。外装ケース１０の開口部には弾性ゴムからなる封口体９を装着し、絞り加工により外装ケース１０を密封している。
【０００３】
陽極電極箔２、陰極電極箔３には、図２に示すように、それぞれ両極の電極を外部に引き出すのための電極引出し手段であるリード線４、５がステッチ、超音波溶接等の手段により接続されている。それぞれの電極引出し手段であるリード線４、５は、アルミニウムからなる丸棒部６と、両極電極箔２、３に当接する接続部７からなり、さらに丸棒部６の先端には、半田付け可能な金属からなる外部接続部８が溶接等の手段で固着されている。
【０００４】
ここで、コンデンサ素子に含浸される高電導率を有する電解コンデンサ駆動用の電解液として、γ−ブチロラクトンを主溶媒とし、溶質として環状アミジン化合物を四級化したカチオンであるイミダゾリニウムカチオンやイミダゾリウムカチオンを、カチオン成分とし、酸の共役塩基をアニオン成分とした塩を溶解させたものが用いられている。（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０８−３２１４４０号公報
【特許文献２】
特開平０８−３２１４４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、電子情報機器はデジタル化され、さらにこれらの電子情報機器の心臓部であるマイクロプロセッサの駆動周波数の高速化がすすんでいる。これに伴って、周辺回路の電子部品の消費電力の増大化が進み、それに伴うリップル電流の増大化が著しく、この回路に用いる電解コンデンサには、低インピーダンス特性が要求される。
【０００７】
また、特に車載の分野では、自動車性能の高機能化に伴って、前述の低インピーダンス特性に対する要求が高い。ところで、車載用回路の駆動電圧は１４Ｖであるが、消費電力の増大にともなって４２Ｖへと進展しつつあり、このような駆動電圧に対応するには電解コンデンサの耐電圧特性は２８Ｖ、８４Ｖ以上が必要である。さらに、この分野では高温使用の要求があり、電解コンデンサには高温寿命特性が要求される。
【０００８】
ところが、前記の電解コンデンサでは、このような低インピーダンス特性に対応することができず、また、耐電圧も３０Ｖが限界で、２８Ｖには対応できるものも、８４Ｖ以上というような高耐電圧の要求には答えることができなかった。また、このような電解コンデンサにも半導体と同様の耐湿性が求められるようになっているが、前記の電解コンデンサは耐湿性も低いという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、低インピーダンス特性を有し、さらに１００Ｖ級の高耐電圧特性を有し、耐湿性、高温寿命特性も良好な電解コンデンサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決しようとする手段】
本発明の電解コンデンサは、陽極電極箔と陰極電極箔とセパレータを巻回し、かつ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、前記電解液として四弗化アルミニウム塩を含む電解液を用い、かつ前記セパレータとしてガラス繊維を含む混抄紙を用いたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
アルミニウム電解コンデンサの構造は図１、図２に示すように、従来と同じ構造をとっている。コンデンサ素子１は陽極電極箔２と、陰極電極箔３をセパレータ１１を介して巻回して形成する。また図２に示すように陽極電極箔２、陰極電極箔３には陽極引出し手段及び陰極引出し手段である、リード線４、リード線５がそれぞれ接続されている。これらのリード線４、リード線５は、それぞれの箔と接続する接続部７と接続部７と連続した丸棒部６、及び丸棒部６に溶接された外部接続部８より構成されている。なお、それぞれの箔とリード線はステッチ法や超音波溶接等により機械的に接続されている。
【００１２】
陽極電極箔２は、純度９９％以上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、ホウ酸アンモニウムあるいはアジピン酸アンモニウム等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。
【００１３】
そして、電解液を含浸したコンデンサ素子１を、有底筒状のアルミニウムよりなる外装ケース１０に収納し、外装ケース１０の開口端部に、リード線４、５を導出する貫通孔を有する封口体９を挿入し、さらに外装ケース１０の端部を加締めることにより電解コンデンサの封口を行う。
【００１４】
そして、本発明においては、前記セパレータとしてガラス繊維を含む混抄紙を用いる。混抄する繊維としてはマニラ紙、クラフト紙等のパルプ繊維やポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリフッ化エチレン繊維、ポリアミド繊維等の合成繊維を用いることができる。ここで、ガラス繊維のみからなるセパレータを用いると、セパレータの厚みが大きくなって、電解コンデンサのインピーダンスが大きくなるので、本発明の電解コンデンサの効果を得ることはできない。
【００１５】
本発明に用いる電解コンデンサ用電解液は、四弗化アルミニウム塩を含有している。
【００１６】
四弗化アルミニウム塩は四弗化アルミニウムをアニオン成分とする塩であるが、この塩としてはアンモニウム塩、アミン塩、４級アンモニウム塩、または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。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。また、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。
【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においては、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、２−エチル−１−メチルイミダゾール、１，２−ジエチルイミダゾール、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−ベンジル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。
【００１８】
本発明の電解液に用いる溶媒としては、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（スルホラン、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−ピロリドン等）、カーボネイト系（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）、スルホキシド系（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。なかでも、γ−ブチロラクトンを用いるとインピーダンス特性が向上するので好ましく、スルホラン、３−メチルスルホラン、２，４−ジメチルスルホランを用いると高温特性が向上するので好ましく、エチレングリコールを用いると耐電圧特性が向上するので好ましい。
【００１９】
以上のように、本発明の電解コンデンサは、四弗化アルミニウム塩を含む電解液を用いているので、低インピーダンス特性、高耐電圧特性を有し、さらにガラス繊維を含む混抄紙を用いているので、セパレータから電解液への水分の混入が少なく、高温寿命特性が良好である。すなわち、従来のマニラ紙等からなるセパレータを用いた場合、セパレータから水分が発生し、本発明に用いる電解液と電極箔との反応性が大きくなって寿命特性に影響を与えるが、本発明においてはこのような水分の発生を抑制して良好な高温寿命特性を得ることができる。さらに、耐湿特性も良好である。
【００２０】
以上の本発明の電解コンデンサは、低インピーダンス特性および１００Ｖ級の高耐電圧特性を有し、耐湿性も良好である。また、高温寿命特性も良好である。
【００２１】
【実施例】
次にこの発明について実施例を示して説明する。電解コンデンサの構造は従来と同じ構造をとっているので、図１、図２を参照して説明する。コンデンサ素子１は陽極電極箔２と陰極電極箔３をセパレータ１１を介して巻回して形成する。また図２に示すように陽極電極箔２、陰極電極箔３には陽極引出し用のリード線４、陰極引出し用のリード線５がそれぞれ接続されている。
【００２２】
これらのリード線４、５は、電極箔に当接する接続部７とこの接続部７と一体に形成した丸棒部６、および丸棒部６の先端に固着した外部接続部８からなる。また、接続部７および丸棒部６は９９％のアルミニウム、外部接続部８は銅メッキ鉄鋼線（以下ＣＰ線という）からなる。このリード線４、５の、少なくとも丸棒部６の表面には、リン酸アンモニウム水溶液による化成処理により酸化アルミニウムからなる陽極酸化皮膜が形成されている。このリード線４、５は、接続部７においてそれぞれステッチや超音波溶接等の手段により両極電極箔２、３に電気的に接続されている。
【００２３】
陽極電極箔２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。
【００２４】
そして、電解液を含浸したコンデンサ素子１を、有底筒状のアルミニウムよりなる外装ケース１０に収納し、外装ケース１０の開口部に封口体９を装着するとともに、外装ケース１０の端部に絞り加工を施して外装ケース１０を密封する。封口体９は、リード線４、５をそれぞれ導出する貫通孔を備えている。
【００２５】
そして、本発明においては、セパレータとしてガラス繊維を含む混抄紙及び、従来から用いているマニラ紙からなるセパレータを用いた。
【００２６】
また、電解液Ａとしてγ−ブチロラクトン（７５部）を溶媒とし、溶質として１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリニウム四弗化アルミニウム塩（２５部）を溶解したもの、
電解液Ｂとしてγ−ブチロラクトン（８０部）を溶媒とし、溶質として１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリニウム四弗化アルミニウム（２０部）を溶解したものを用いた。
なお、従来例として電解液Ｃ、γ−ブチロラクトン（７５部）を溶媒とし、溶質として１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリニウムフタル酸塩を溶解したものを用いた。
【００２７】
以上のように構成した電解コンデンサの定格電圧は、電解液Ａ、Ｃを用いたものについては１６Ｖ、電解液Ｂを用いたものについては１００Ｖである。これらの電解コンデンサの特性を評価した。試験条件は１２５℃、２０００時間負荷、１０５℃、２０００時間無負荷である。その結果を（表１）〜（表４）に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

【００３０】
【表３】

【００３１】
【表４】

【００３２】
（表１）、（表２）から分かるように、実施例の電解コンデンサは比較例に比べて、ｔａｎδが低く、１２５℃のｔａｎδの変化が小さく高温寿命特性が良好である。さらに、（表３）、（表４）から明らかなように、定格電圧１００Ｖの初期特性、寿命特性も良好であり、従来にない低インピーダンス特性を有する１００Ｖ級の電解コンデンサを実現している。
【００３３】
次に、実施例１、比較例の電解コンデンサについて、耐湿特性を評価した。試験条件は、８５℃、８５％ＲＨ、４０００時間無負荷である。その結果を（表５）に示す。
【００３４】
【表５】

【００３５】
（表３）から明らかなように、本発明の電解コンデンサは耐湿試験後の静電容量変化、損失角の正接の全ての特性が良好であり、本発明の電解コンデンサにおいては耐湿性が向上していることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、セパレータとしてガラス繊維を含む混抄紙を用いるとともに、四弗化アルミニウム塩を含む電解液を用いているので、低インピーダンス特性、高耐電圧特性を有し、耐湿特性、高温寿命特性も良好な電解コンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電解コンデンサの構造を示す内部断面図である。
【図２】コンデンサ素子の構造を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１ コンデンサ素子
２ 陽極電極箔
３ 陰極電極箔
４ 陽極引出し用のリード線
５ 陰極引出し用のリード線
６ 丸棒部
７ 接続部
８ 外部接続部
９ 封口体
１０ 外装ケース
１１ セパレータ

Claims (1)

1. 陽極電極箔と陰極電極箔とセパレータを巻回し、かつ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、前記電解液として四弗化アルミニウム塩を含む電解液を用い、かつ前記セパレータとしてガラス繊維を含む混抄紙を用いた電解コンデンサ。

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