JP2004165265A - 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】四弗化アルミニウム塩を含有する電解コンデンサ用電解液を用い、ゴムおよびポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリアミド、ポリプロピレン、エポキシ樹脂等から選ばれる水分透過性の低い材料からなる封口構造を有しているので、低インピーダンス特性、高耐電圧特性を有し、高温寿命特性、耐湿特性も良好な電解コンデンサを提供することができる。
【選択図】 なし

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とを、マニラ紙等からなるセパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形成する。そして、このコンデンサ素子は、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に収納する。外装ケースの開口部には弾性ゴムからなる封口体を装着し、絞り加工により外装ケースを密封している。
【０００３】
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）。
【０００４】
【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
【０００５】
【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。
【０００６】
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。
【０００７】
ところが、前記の電解コンデンサ用電解液では、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特性も低いという問題点があった。
【０００８】
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、高温寿命特性、耐湿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。
【０００９】
【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してなる電解コンデンサにおいて、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、かつゴムとポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、金属から選ばれる水分透過性の低い材料からなる封口構造を備えたことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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）、カーボネイト類（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。
【００１４】
そして、陽極電極箔と陰極電極箔とセパレータを巻回してコンデンサ素子を形成し、コンデンサ素子に前記の電解コンデンサ用電解液を含浸する。このコンデンサ素子を有底筒状のアルミニウムケースに収納し、コンデンサ素子のリード線を封口体の貫通孔に挿通した後、開口部を封口して本発明の電解コンデンサは形成されるが、本発明においてはゴムと水分透過性の低い材料からなる封口構造を有している。すなわち、通常は封口ゴムを開口部に挿入し、絞り加工を施して封口するが、この封口ゴムの代わりにゴムと水分透過性の低い材料との積層体を封口体として用いて本発明の封口構造とすることができる。積層体は二層構造でもよいし、三層以上の多層構造でもよい。また、封口ゴムで絞り加工を施した後、封口ゴムの上面に水分透過性の低い材料を被覆、接合してもよい。さらに、封口ゴムの上面または下面に板状の水分透過性の低い材料を載置してもよい。また、封口体の貫通孔を含む表面に水分透過性の低い材料からなる層を形成してもよい。
【００１５】
ここで．水分透過性の低い材料として、フッ素ゴム、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリパラキシリレン、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂またはポリサルファイド変性エポキシ樹脂、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合物、金属等を挙げることができる。ここで、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等は水分透過性が高いので本発明の効果を得ることはできない。また、封口ゴムで絞り加工した後、封口ゴムの上面に被覆、接合する場合は、液状樹脂を封口ゴムの上面に塗布した後熱硬化によって被覆、接合が可能な、熱硬化性を有するエポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂が好ましい。
【００１６】
また、本発明に用いるゴムとしては、通常電解コンデンサの封口ゴムとして用いられるゴムを用いることができる。このようなゴムとしては、イソブチレン、イソプレン共重合体、イソブチレン、イソプレンおよびジビニルベンゼンの３成分共重合体、エチレン、プロピレン共重合体の過酸化物加硫ゴムまたは樹脂加硫ゴム等を挙げることができる。
【００１７】
以上の本発明の電解コンデンサは、低比抵抗特性を有し、火花電圧も高く、高温安定性も良好な電解コンデンサ用電解液を用いているので、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、高温寿命特性、さらに耐湿特性も良好である。すなわち、四弗化アルミニウム塩を用い、耐湿試験を行った場合、封口部から浸透した水分によって、電解液と電極箔との反応性が大きくなって特性に影響を与えるが、本発明の電解コンデンサにおいては封口構造がゴムと水分透過性の低い材料からなっているので、耐湿試験での水分の浸透が小さく、このような場合にも安定した特性を得ることができる。
【実施例】
次にこの発明について実施例を示して説明する。コンデンサ素子は陽極電極箔と陰極電極箔をセパレータを介して巻回して形成する。また陽極電極箔、陰極電極箔には陽極引出し用のリード線、陰極引出し用のリード線がそれぞれ接続されている。
【００１８】
これらのリード線は、電極箔に当接する接続部とこの接続部と一体に形成した丸棒部、および丸棒部の先端に固着した外部接続部からなる。また、接続部および丸棒部は９９％のアルミニウム、外部接続部は銅メッキ鉄鋼線（以下ＣＰ線という）からなる。このリード線の、少なくとも丸棒部の表面には、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。このリード線は、接続部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に電気的に接続されている。
【００１９】
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。
【００２０】
そして、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、外装ケースの開口部に封口ゴムを装着するとともに、外装ケースの端部に絞り加工を施して外装ケースを密封する。封口ゴムは、リード線をそれぞれ導出する貫通孔を備えている。
【００２１】
本発明においては、封口ゴムとしてイソブチレン、イソプレンおよびジビニルベンゼンの３成分共重合体の過酸化物加硫ゴムを用い、この封口ゴムの上面に軟化したエポキシ樹脂を注入し、加熱硬化させてエポキシ樹脂層を形成した。
【００２２】
ここで用いた電解コンデンサ用電解液はγ−ブチロラクトン８０ｗｔ％、四弗化アルミン酸１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリニウム２０ｗｔ％であり、火花電圧は２０５Ｖ、比抵抗は３９Ωｃｍであった。なお、従来例の電解コンデンサ用電解液であるγ−ブチロラクトン８０ｗｔ％、フタル酸水素１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリニウム２０ｗｔ％の火花電圧は８０Ｖ、比抵抗は８３Ωｃｍであった。
【００２３】
以上のように構成した電解コンデンサの定格は、１００ＷＶ−２２μＦであり、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℃、５００時間負荷である。その結果を（表１）に示す。また、耐湿特性を評価した。定格は、８０ＷＶ−１０μＦ試験条件は、８５℃、８５％ＲＨ、１０００時間無負荷である。その結果を（表２）に示す。
【００２４】
【表１】

Ｃａｐ：静電容量、ｔａｎδ：誘電損失の正接、ΔＣａｐ：静電容量変化率
【００２５】
【表２】

ＬＣ：漏れ電流
【００２６】
以上のように、実施例の電解コンデンサ用電解液の火花電圧は従来例に比べて高く、比抵抗も低い。そして、（表１）から分かるように、これを用いた１００Ｖの電解コンデンサのｔａｎδは低く、高温寿命特性も良好である。さらに、（表２）から分かるように、耐湿試験後の静電容量変化率、ｔａｎδ、漏れ電流の全ての特性について比較例では劣化しているが、実施例では安定しており、本発明の効果が明らかである。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、四弗化アルミニウム塩を含有する電解コンデンサ用電解液を用い、ゴムとポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリパラキシリレン、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、金属から選ばれる水分透過性の低い材料からなる封口構造を有しているので、低インピーダンス特性、高耐電圧特性を有し、高温寿命特性、耐湿特性も良好な電解コンデンサを提供することができる。

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してなる電解コンデンサにおいて、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、かつゴムとポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリパラキシリレン、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、金属から選ばれる水分透過性の低い材料からなる封口構造を備えた電解コンデンサ。