JP2005093595A - Electrolyte for electrolytic capacitor, and electrolytic capacitor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電解コンデンサ用電解液、更に詳しくは高い比電導度を有する電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いた電解コンデンサに関するものである。 The present invention relates to an electrolytic solution for electrolytic capacitors, and more particularly to an electrolytic solution for electrolytic capacitors having high specific conductivity, and an electrolytic capacitor using the electrolytic solution.
従来から、電解コンデンサのエネルギー損失や低インピーダンス特性を改善するために、比電導度の高い電解液の開発が盛んに行われている。また、一方で自動車のエンジン周辺等電解コンデンサのセット位置周辺の高温度化にともない熱安定性に優れた電解コンデンサ用電解液が要望されている。比電導度が高く、耐熱性に優れる電解液としては、例えばγ−ブチロラクトン等の非プロトン性溶媒にテトラフルオロアルミン酸の第4級オニウム塩(例えば特許文献1)を溶解した電解液が提案されている。
しかし、γ−ブチロラクトン等の非プロトン性溶媒にテトラフルオロアルミン酸の第4級オニウム塩を溶解した電解液では、耐熱性には優れるものの比電導度において必ずしも十分なものではなかった。
すなわち、本発明の課題は、高い比電導度と高耐熱性を併せ持つ電解液、および低いインピーダンスと高耐熱性を併せ持つ電解コンデンサを提供することにある。
However, an electrolytic solution in which a quaternary onium salt of tetrafluoroaluminic acid is dissolved in an aprotic solvent such as γ-butyrolactone is excellent in heat resistance but is not necessarily sufficient in specific conductivity.
That is, an object of the present invention is to provide an electrolytic solution having both high specific conductivity and high heat resistance, and an electrolytic capacitor having both low impedance and high heat resistance.
本発明者等は上記問題を解決するべく鋭意検討した結果、カチオンとしては3級モノアミンより4級アンモニウム、4級アミジニウムの方が高い比電導度を発現するという業界常識に反し、特定構造の3級モノアミンとテトラフルオロホウ酸を組み合わせた塩を電解質とした電解液が、従来にない高い比電導度を有することを見い出した。また、この電解液を用いた電解コンデンサが低インピーダンスで高耐熱性を有することを見いだし本発明に到達した。
すなわち本発明は下記一般式(1)で示される3級モノアミン(a1)のテトラフルオロホウ酸(a2)の塩からなる電解質(A)を用いた電解コンデンサ用電解液(E)およびそれを用いた電解コンデンサである。
That is, the present invention provides an electrolytic solution (E) for an electrolytic capacitor using an electrolyte (A) composed of a salt of tetrafluoroboric acid (a2) of a tertiary monoamine (a1) represented by the following general formula (1), and the use thereof It was an electrolytic capacitor.
本発明の電解コンデンサ用電解液は優れた耐熱性を有すると共に従来にない高い比電導度を発現する。また、本電解液を用いた電解コンデンサは、優れた耐熱性を示すと共に従来にない優れた低インピーダンス特性を発現する。 The electrolytic solution for electrolytic capacitors of the present invention has excellent heat resistance and high unprecedented specific conductivity. In addition, an electrolytic capacitor using the present electrolytic solution exhibits excellent heat resistance and exhibits excellent low-impedance characteristics that have not existed before.
本発明において、3級モノアミン(a1)としては上記一般式(1)で示される化合物が挙げられる。上記(a1)は2種以上の混合物であってもよい。 In the present invention, examples of the tertiary monoamine (a1) include compounds represented by the general formula (1). The (a1) may be a mixture of two or more.
一般式(1)におけるR1、R2およびR3としては、直鎖もしくは分岐のアルキル基たとえばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基など;ヒドロキシアルキル基たとえばヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基など;シアノアルキル基たとえばシアノメチル基、シアノエチル基など;アルコキシアルキル基たとえばメトキシメチル基、メトキシエチル基など;アセチルアルキル基たとえばアセチルメチル基など;メチルカルボオキシアルキル基たとえばメチルカルボオキシメチル基など;ホルミルアルキル基たとえばホルミルメチル基、ホルミルエチル基など;などが挙げられる。
これらのうち好ましいものは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ヒドロキシメチル基、シアノメチル基、メトキシメチル基、アセチルメチル基、メチルカルボオキシメチル基およびホルミルメチル基であり、特に好ましいものは、メチル基、エチル基である。R1、R2およびR3は少なくとも1つが異なる基である場合、より高い比電導度を示すので特に好ましい。R1、R2およびR3は少なくとも1つが異なる基である場合とは、すなわち、R1、R2およびR3のうち、一つが異なり他の二つが同じ場合、又はR1、R2およびR3がすべて異なる場合のいずれかである。
R 1 , R 2 and R 3 in the general formula (1) are linear or branched alkyl groups such as methyl group, ethyl group, propyl group and isopropyl group; hydroxyalkyl groups such as hydroxymethyl group and hydroxyethyl group A cyanoalkyl group such as a cyanomethyl group and a cyanoethyl group; an alkoxyalkyl group such as a methoxymethyl group and a methoxyethyl group; an acetylalkyl group such as an acetylmethyl group; a methylcarbooxyalkyl group such as a methylcarbooxymethyl group; For example, a formylmethyl group, a formylethyl group, etc. are mentioned.
Of these, preferred are methyl, ethyl, propyl, isopropyl, hydroxymethyl, cyanomethyl, methoxymethyl, acetylmethyl, methylcarbooxymethyl and formylmethyl, and particularly preferred are , Methyl group and ethyl group. When at least one of R 1 , R 2 and R 3 is a different group, it is particularly preferable because it exhibits a higher specific conductivity. When R 1 , R 2 and R 3 are different groups, that is, when one of R 1 , R 2 and R 3 is different and the other two are the same, or R 1 , R 2 and Either of R 3 is different.
該3級モノアミン(a1)の具体例としては下記の化合物が挙げられる。
(1)R1、R2およびR3が炭化水素基であるもの
トリメチルアミン、トリエチルアミン、N,N−ジメチルエチルアミン、N,N−ジメチルプロピルアミン、N,N−ジメチルイソプロピルアミン、N,N−ジエチルメチルアミン、N,N,N−メチルエチルプロピルアミン、N,N,N−メチルエチルイソプロピルアミン、N,N−ジプロピルメチルアミン、N,N−ジイソプロピルメチルアミンなど。
Specific examples of the tertiary monoamine (a1) include the following compounds.
(1) R 1 , R 2 and R 3 are hydrocarbon groups Trimethylamine, triethylamine, N, N-dimethylethylamine, N, N-dimethylpropylamine, N, N-dimethylisopropylamine, N, N-diethyl Methylamine, N, N, N-methylethylpropylamine, N, N, N-methylethylisopropylamine, N, N-dipropylmethylamine, N, N-diisopropylmethylamine and the like.
(2)R1、R2およびR3の少なくとも1つがホルミル基を有する炭化水素基であるもの
N,N−ジメチルホルミルメチルアミン、N,N−ジメチルホルミルエチルアミン、N,N−ジエチルホルミルメチルアミン、N,N−ジエチルホルミルエチルアミンなど。
(2) In which at least one of R 1 , R 2 and R 3 is a hydrocarbon group having a formyl group N, N-dimethylformylmethylamine, N, N-dimethylformylethylamine, N, N-diethylformylmethylamine N, N-diethylformylethylamine and the like.
(3)R1、R2およびR3の少なくとも1つがエステル結合を有する基を有する炭化水素基であるもの
N,N−ジメチルメトキシカルボニルメチルアミン、N,N−ジエチルメトキシカルボニルメチルアミンなど。
(3) A hydrocarbon group in which at least one of R 1 , R 2 and R 3 has a group having an ester bond N, N-dimethylmethoxycarbonylmethylamine, N, N-diethylmethoxycarbonylmethylamine and the like.
(4)R1、R2およびR3の少なくとも1つがシアノ基を有する炭化水素基であるもの
N,N−ジメチルシアノメチルアミン、N,N−ジメチルシアノエチルアミン、N,N−ジエチルシアノメチルアミン、N,N−ジエチルシアノエチルアミンなど。
(4) At least one of R 1 , R 2 and R 3 is a hydrocarbon group having a cyano group N, N-dimethylcyanomethylamine, N, N-dimethylcyanoethylamine, N, N-diethylcyanomethylamine N, N-diethylcyanoethylamine and the like.
(5)R1、R2およびR3の少なくとも1つがエーテル結合を有する炭化水素基であるもの
N,N−ジメチルメトキシメチルアミン、N,N−ジメチルメトキシエチルアミン、N,N−ジエチルメトキシメチルアミン、N,N−ジエチルメトキシエチルアミンなど。
(5) At least one of R 1 , R 2 and R 3 is a hydrocarbon group having an ether bond N, N-dimethylmethoxymethylamine, N, N-dimethylmethoxyethylamine, N, N-diethylmethoxymethylamine N, N-diethylmethoxyethylamine and the like.
(6)R1、R2およびR3の少なくとも1つがカルボニル基を有する炭化水素基であるもの
N,N−ジメチルアセチルメチルアミン、N,N−ジエチルアセチルメチルアミンなど。
(6) At least one of R 1 , R 2 and R 3 is a hydrocarbon group having a carbonyl group N, N-dimethylacetylmethylamine, N, N-diethylacetylmethylamine and the like.
(7)R1、R2およびR3の少なくとも1つが水酸基を有する炭化水素基であるもの
N,N−ジメチルヒドロキシメチルアミン、N,N−ジメチルヒドロキシエチルアミン、N,N−ジエチルヒドロキシメチルアミン、N,N−ジエチルヒドロキシエチルアミンなど。
(7) At least one of R 1 , R 2 and R 3 is a hydrocarbon group having a hydroxyl group N, N-dimethylhydroxymethylamine, N, N-dimethylhydroxyethylamine, N, N-diethylhydroxymethylamine, N, N-diethylhydroxyethylamine and the like.
これらのうち好ましくは、N,N−ジメチルエチルアミン、N,N−ジメチルプロピルアミン、N,N−ジメチルイソプロピルアミン、N,N−メチルジエチルアミン、N,N−ジプロピルメチルアミン、N,N−ジイソプロピルメチルアミンであり、更に好ましくは、N,N−ジメチルエチルアミン、N,N−メチルジエチルアミンであり、特に好ましくは、N,N−ジメチルエチルアミンである。 Of these, N, N-dimethylethylamine, N, N-dimethylpropylamine, N, N-dimethylisopropylamine, N, N-methyldiethylamine, N, N-dipropylmethylamine, N, N-diisopropyl are preferred. Methylamine, more preferably N, N-dimethylethylamine and N, N-methyldiethylamine, and particularly preferably N, N-dimethylethylamine.
上記電解質(A)において、これを構成する上記3級モノアミン(a1)の上記テトラフルオロホウ酸に対するモル比は、最も比電導度が高く、且つテトラフルオロホウ酸の分解によるフッ化水素発生の少ないモル比として好ましくは0.99以上、更に好ましくは1.00以上であり、好ましくは1.20以下、さらに好ましくは1.05以下、最も好ましくは1.03以下である。 In the electrolyte (A), the molar ratio of the tertiary monoamine (a1) constituting the electrolyte to the tetrafluoroboric acid has the highest specific conductivity, and little hydrogen fluoride is generated due to decomposition of the tetrafluoroboric acid. The molar ratio is preferably 0.99 or more, more preferably 1.00 or more, preferably 1.20 or less, more preferably 1.05 or less, and most preferably 1.03 or less.
3級モノアミン(a1)とテトラフルオロホウ酸とのモル比は電解液中に、H原子とF原子を含有する標準物質を既知量添加し標準物質のH−NMRピーク積分比およびF−NMRピーク積分比と該3級モノアミンのH−NMRピーク積分比と該テトラフルオロホウ酸のF−NMRピーク積分比を比較することで定量することができる。標準物質としては例えば4’−フルオロアセトフェノンが挙げられる。 The molar ratio between the tertiary monoamine (a1) and tetrafluoroboric acid is determined by adding a known amount of a standard substance containing H and F atoms to the electrolyte, and the H-NMR peak integration ratio and F-NMR peak of the standard substance. It can be quantified by comparing the integral ratio, the H-NMR peak integral ratio of the tertiary monoamine, and the F-NMR peak integral ratio of the tetrafluoroboric acid. An example of the standard substance is 4'-fluoroacetophenone.
本発明の電解質(A)においてテトラフルオロホウ酸の製造工程において混入してくる不純物であるフッ化水素(以下、HFと記す。)およびフッ素イオン(以下F-と略す。)の電解液の重量に基づいた合計重量含有率は、電解コンデンサの膨れや陽極酸化皮膜の腐食を引き起こすという理由から好ましくは0.1重量%以下であり、更に好ましくは0.01重量%以下である。 Weight of electrolyte solution of hydrogen fluoride (hereinafter referred to as HF) and fluorine ions (hereinafter abbreviated as F − ), which are impurities mixed in the production process of tetrafluoroboric acid in the electrolyte (A) of the present invention The total weight content based on is preferably 0.1% by weight or less, more preferably 0.01% by weight or less, because it causes swelling of the electrolytic capacitor or corrosion of the anodized film.
HFおよびF-の含有量をこのような微量に低減させた電解液を製造するには、例えば、電解質の原料に純度の高いものを使用する方法、使用する電解質塩をあらかじめ再結晶および溶剤抽出などにより精製する方法がある。再結晶および溶剤抽出に使用する溶媒としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;ジエチルエーテル、エチル−n−プロピルエーテル、エチルイソプロピルエーテル、ジ−n−プロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、n−プロピル−イソプロピルエーテル、ジメトキシエタンメトキシエトキシエタン、ジエトキシエタン等のエーテル類等があげられる。これらは単独で用いても2種以上を混合して用いても良い。精製に使用する溶媒の量は使用する溶媒の種類にもよるが、不純物であるHFおよびF-を溶解させ、かつ電解質塩の損失が少ないことから、通常電解質塩に対して0.5〜10倍の重量の範囲内が好ましい。なお、本発明における上記溶剤抽出とは、不純物を含有する電解質に溶媒を加え、析出してくるオイル状又はガム状の電解質を不純物から分離し精製する方法をいうものとする。 HF and F - content in preparing the electrolytic solution is reduced to such a small amount of, for example, a method of using a high purity raw material for the electrolyte, advance recrystallization and solvent extraction of the electrolyte salt to be used For example, there is a method of purification. Solvents used for recrystallization and solvent extraction include alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol and isopropanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone and methyl isobutyl ketone; diethyl ether and ethyl n-propyl ether. And ethers such as ethyl isopropyl ether, di-n-propyl ether, diisopropyl ether, n-propyl-isopropyl ether, dimethoxyethanemethoxyethoxyethane, diethoxyethane, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. The amount of solvent used in the purification depends on the type of the solvent used, which is an impurity HF and F - dissolved, and since it is less loss of the electrolyte salt, the normal electrolyte salt 0.5-10 Within the double weight range is preferred. In addition, the said solvent extraction in this invention shall mean the method of adding a solvent to the electrolyte containing an impurity, and isolate | separating and refine | purifying the oil-like or gum-like electrolyte which precipitates from an impurity.
HFおよびF-の合計含有量は電解液のF−NMR測定から、HFおよびF-とテトラフルオロホウ酸のF−NMRピーク積分比を比較することで定量することができる。 HF and F - total content of the F-NMR measurement of the electrolyte, HF and F - can be quantified by comparing the F-NMR peak integration ratio of the tetrafluoroborate.
本発明の電解質(A)においてテトラフルオロホウ酸の製造工程において混入してくる不純物である硫酸および硫酸イオンの電解液の重量に基づいた合計重量含有率は、陽極酸化皮膜の腐食を引き起こすという理由から好ましくは100ppm以下であり、更に好ましくは10ppm以下である。 The reason why the total weight content based on the weight of the electrolyte of sulfuric acid and sulfate ions, which are impurities mixed in the production process of tetrafluoroboric acid in the electrolyte (A) of the present invention, causes corrosion of the anodic oxide film. To 100 ppm or less, more preferably 10 ppm or less.
硫酸および硫酸イオンの含有量をこのような微量に低減させた電解液を製造するには、例えば、電解質の原料に純度の高いものを使用する方法、使用する電解質塩をあらかじめ再結晶および溶剤抽出などにより精製する方法がある。再結晶および溶剤抽出に使用する溶媒としては、上記HFおよびF-を低減させる場合と同様の溶媒があげられる。精製に使用する溶媒の量は使用する溶媒の種類にもよるが、不純物である硫酸および硫酸イオンを溶解させ、かつ電解質塩の損失が少ないことから、通常電解質塩に対して0.5〜10倍の重量の範囲内が好ましい。 In order to produce an electrolyte with such a small amount of sulfuric acid and sulfate ion content, for example, a method of using a high-purity electrolyte raw material, a recrystallization and solvent extraction of the electrolyte salt to be used in advance. For example, there is a method of purification. Examples of the solvent used for recrystallization and solvent extraction include the same solvents as those used for reducing HF and F − . The amount of the solvent used for the purification depends on the kind of the solvent used, but it dissolves the sulfuric acid and sulfate ions, which are impurities, and the loss of the electrolyte salt is small. Within the double weight range is preferred.
硫酸および硫酸塩の含有量は「無機応用比色分析」(無機応用比色分析編集委員会編)、396項記載の硫酸バリウム比濁法などの一般的な測定法で定量することができる。 The contents of sulfuric acid and sulfate can be quantified by a general measurement method such as barium sulfate turbidimetry described in Item 396, “Inorganic Applied Colorimetric Analysis” (edited by Inorganic Applied Colorimetric Analysis Editorial Committee).
本発明の電解質(A)においてテトラフルオロホウ酸の製造工程において混入してくる不純物であるケイフッ化水素酸の電解液の重量に基づいた合計重量含有率は、陽極酸化皮膜の腐食を引き起こすという理由から好ましくは0.1重量%以下であり、更に好ましくは0.01重量%以下である。 The reason why the total weight content based on the weight of the electrolytic solution of hydrofluoric acid, which is an impurity mixed in the production process of tetrafluoroboric acid in the electrolyte (A) of the present invention, causes corrosion of the anodic oxide film. To 0.1 wt% or less, more preferably 0.01 wt% or less.
ケイフッ化水素酸のの含有量をこのような微量に低減させた電解液を製造するには、例えば、電解質の原料に純度の高いものを使用する方法、使用する電解質塩をあらかじめ再結晶および溶剤抽出などにより精製する方法がある。再結晶および溶剤抽出に使用する溶媒としては、上記HFおよびF-を低減させる場合と同様の溶媒があげられる。精製に使用する溶媒の量は使用する溶媒の種類にもよるが、不純物であるケイフッ化水素酸を溶解させ、かつ電解質塩の損失が少ないことから、通常電解質塩に対して0.5〜10倍の重量の範囲内が好ましい。 In order to produce an electrolytic solution in which the content of silicofluoric acid is reduced to such a small amount, for example, a method of using a high-purity electrolyte raw material, an electrolyte salt to be used is recrystallized and a solvent in advance. There is a method of purification by extraction or the like. Examples of the solvent used for recrystallization and solvent extraction include the same solvents as those used for reducing HF and F − . The amount of the solvent used for the purification depends on the type of the solvent used, but it is usually 0.5 to 10% with respect to the electrolyte salt because it dissolves the hydrosilicofluoric acid which is an impurity and there is little loss of the electrolyte salt. Within the double weight range is preferred.
ケイフッ化水素酸の含有量は以下の方法で定量することができる。試料1gをポリエチレン製メスフラスコ50mlに正確に測りとり、標線まで水を加えてよく振り混ぜた後、ICP−AES(高周波誘導結合プラズマ発光分光分析、耐フッ酸システム)で251.611nmの波長でSiを検出し、以下計算法で算出する。
ケイフッ化水素酸(塩)含有量=Si量×5.130×50
The content of silicofluoric acid can be quantified by the following method. 1 g of a sample is accurately measured in a 50 ml polyethylene flask, water is added to the marked line, and the mixture is shaken well. Then, the wavelength is 251.611 nm by ICP-AES (high frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy, hydrofluoric acid system). Si is detected by the following calculation method.
Silicohydrofluoric acid (salt) content = Si content × 5.130 × 50
本発明の電解質(A)においてテトラフルオロホウ酸の製造工程において混入してくる不純物であるテトラフルオロホウ酸の加水分解物([BFn(OH)4-n]-(nは1〜3の自然数)、ホウ酸)の電解液の重量に基づいた合計重量含有率は、電導度の低下を引き起こすという理由から0.5重量%以下であり、更に好ましくは0.1重量%以下である。 In the electrolyte (A) of the present invention, a hydrolyzate of tetrafluoroboric acid ([BF n (OH) 4-n ] − (n is 1 to 3), which is an impurity mixed in the tetrafluoroboric acid production process. The total weight content based on the weight of the electrolyte of natural number) and boric acid) is 0.5% by weight or less, more preferably 0.1% by weight or less, because it causes a decrease in conductivity.
テトラフルオロホウ酸の加水分解物の含有量をこのような微量に低減させた電解液を製造するには、例えば、電解質の原料に純度の高いものを使用する方法、使用する電解質塩をあらかじめ再結晶および溶剤抽出などにより精製する方法がある。再結晶および溶剤抽出に使用する溶媒としては、上記HFおよびF-を低減させる場合と同様の溶媒があげられる。精製に使用する溶媒の量は使用する溶媒の種類にもよるが、不純物であるテトラフルオロホウ酸の加水分解物を溶解させ、かつ電解質塩の損失が少ないことから、通常電解質塩に対して0.5〜10倍の重量の範囲内が好ましい。 In order to produce an electrolytic solution in which the content of the hydrolyzate of tetrafluoroboric acid is reduced to such a small amount, for example, a method of using a high-purity electrolyte raw material, or an electrolyte salt to be used in advance is re-used. There are methods of purification by crystal and solvent extraction. Examples of the solvent used for recrystallization and solvent extraction include the same solvents as those used for reducing HF and F − . The amount of solvent used for purification depends on the type of solvent used, but it is usually 0% relative to the electrolyte salt because it dissolves the hydrolyzate of tetrafluoroboric acid, which is an impurity, and the loss of the electrolyte salt is small. Within the range of 5 to 10 times the weight is preferable.
テトラフルオロホウ酸の加水分解物の含有量はイオンクロマトグラフィーで定量することができる。 The content of the hydrolyzate of tetrafluoroboric acid can be quantified by ion chromatography.
本発明の電解液は、該電解質(A)と有機溶媒(D)の溶液からなることが好ましい。有機溶媒(D)の具体例は下記の通りであり、2種以上併用することもできる。
(1)アルコール類
1価アルコール(メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、ベンジルアルコール、アミノアルコール、フルフリルアルコールなど)、2価アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ヘキシレングリコールなど)、3価アルコール(グリセリンなど)、4価以上のアルコール(ヘキシトールなど)など;
(2)エーテル類
モノエーテル(エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、テトラヒドロフラン、3−メチルテトラヒドロフランなど)、ジエーテル(エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなど)など;
(3)アミド類
ホルムアミド類(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など)、アセトアミド類(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など)、プロピオンアミド類(N,N−ジメチルプロピオンアミドなど)、ピロリドン類(N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドンなど)、ヘキサメチルホスホリルアミドなど;
(4)オキサゾリジノン類
N−メチル−2−オキサゾリジノン、3,5−ジメチル−2−オキサゾリジノンなど;
(5)ラクトン類
γ−ブチロラクトン、α−アセチル−γ−ブチロラクトン、β−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトンなど;
(6)ニトリル類
アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、アクリロニトリル、メタクリルニトリル、ベンゾニトリルなど;
(7)カーボネート類
エチレンカーボネート、プロピオンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなど;
(8)スルホキシド類
ジメチルスルホキシド、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など;
(9)その他の有機溶剤
1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルピロリドン、芳香族系溶剤(トルエン、キシレンなど)パラフィン系溶剤(ノルマルパラフィン、イソパラフィンなど)などが挙げられる。
The electrolytic solution of the present invention is preferably composed of a solution of the electrolyte (A) and the organic solvent (D). Specific examples of the organic solvent (D) are as follows, and two or more kinds can be used in combination.
(1) Alcohols Monohydric alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, diacetone alcohol, benzyl alcohol, amino alcohol, furfuryl alcohol, etc.), dihydric alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, Xylene glycol, etc.), trihydric alcohol (eg, glycerin), tetravalent or higher alcohol (eg, hexitol), etc .;
(2) Ethers Monoethers (ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, tetrahydrofuran, 3-methyltetrahydrofuran, etc.), diethers (ethylene glycol dimethyl ether, ethylene Glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, etc.);
(3) Amides Formamides (N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N-ethylformamide, N, N-diethylformamide, etc.), acetamides (N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N -Ethylacetamide, N, N-diethylacetamide, etc.), propionamides (N, N-dimethylpropionamide, etc.), pyrrolidones (N-methylpyrrolidone, N-ethylpyrrolidone, etc.), hexamethylphosphorylamide, etc .;
(4) Oxazolidinones N-methyl-2-oxazolidinone, 3,5-dimethyl-2-oxazolidinone, etc .;
(5) Lactones γ-butyrolactone, α-acetyl-γ-butyrolactone, β-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, etc .;
(6) Nitriles Acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, acrylonitrile, methacrylonitrile, benzonitrile, etc .;
(7) Carbonates Ethylene carbonate, propion carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, etc .;
(8) Sulfoxides Dimethyl sulfoxide, sulfolane, 3-methyl sulfolane, 2,4-dimethyl sulfolane, etc .;
(9) Other organic solvents 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N-methylpyrrolidone, aromatic solvents (such as toluene and xylene), paraffinic solvents (such as normal paraffin and isoparaffin), and the like.
これらのうち好ましいものは、γ−ブチロラクトン、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、N−メチル−2−オキサゾリジノン、アセトニトリル、エチレングリコール、及びN,N−ジメチルホルムアミドであり、さらに好ましいものはγ−ブチロラクトン、スルホラン、及びエチレングリコールであり、特に好ましいものはγ−ブチロラクトンとスルホランを併用する混合溶媒の場合である。
該混合溶媒中のγ-ブチロラクトンの重量比率は比電導度が高いという理由から30重量%以上が好ましく、特に好ましくは40重量%以上であり、封口ゴムからの蒸発揮散を抑制できるという理由から80重量%以下が好ましく、70重量%以下が特に好ましい。
Among these, γ-butyrolactone, sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, N-methyl-2-oxazolidinone, acetonitrile, ethylene glycol, and N, N-dimethylformamide are more preferable. Those are γ-butyrolactone, sulfolane, and ethylene glycol, and particularly preferred is a mixed solvent in which γ-butyrolactone and sulfolane are used in combination.
The weight ratio of γ-butyrolactone in the mixed solvent is preferably 30% by weight or more, particularly preferably 40% by weight or more because the specific conductivity is high, and is preferably 40% by weight or more, because it is possible to suppress transpiration from the sealing rubber. % By weight or less is preferable, and 70% by weight or less is particularly preferable.
本発明の電解コンデンサ用電解液における電解質(A)の含量は電気電導度と電解液溶剤への溶解度の観点から電解液の重量に基づいて、好ましくは5重量%以上、さらに好ましくは10重量%以上であり、好ましくは70重量%以下、さらに好ましくは40重量%以下である。 The content of the electrolyte (A) in the electrolytic solution for an electrolytic capacitor of the present invention is preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight based on the weight of the electrolytic solution from the viewpoint of electrical conductivity and solubility in the electrolytic solution solvent. It is above, Preferably it is 70 weight% or less, More preferably, it is 40 weight% or less.
本発明の電解液には必要により、電解液に通常用いられる種々の添加剤を添加することができる。該添加剤としては、リン酸誘導体(例えば、リン酸、リン酸エステルなど)、ホウ酸誘導体(例えば、ホウ酸、ホウ酸と多糖類〔マンニット、ソルビットなど〕との錯化合物、ホウ酸と多価アルコール〔エチレングリコール、グリセリンなど〕との錯化合物など)、ニトロ化合物(例えば、o−ニトロ安息香酸、p−ニトロ安息香酸、m−ニトロ安息香酸、o−ニトロフェノール、p−ニトロフェノールなど)などを挙げることができる。その添加量は、比電導度と電解液溶剤への溶解度の観点から、電解質(A)に対して好ましくは20重量%以下、さらに好ましくは10重量%以下であり、好ましくは0.1重量%以上、さらに好ましくは1重量%以上である。 If necessary, various additives usually used in the electrolytic solution can be added to the electrolytic solution of the present invention. Examples of the additive include phosphoric acid derivatives (for example, phosphoric acid, phosphoric acid esters, etc.), boric acid derivatives (for example, boric acid, complex compounds of boric acid and polysaccharides [mannit, sorbit, etc.], boric acid and Complex compounds with polyhydric alcohols (ethylene glycol, glycerin, etc.), nitro compounds (for example, o-nitrobenzoic acid, p-nitrobenzoic acid, m-nitrobenzoic acid, o-nitrophenol, p-nitrophenol, etc.) ) And the like. The addition amount is preferably 20% by weight or less, more preferably 10% by weight or less, and preferably 0.1% by weight with respect to the electrolyte (A) from the viewpoint of specific conductivity and solubility in the electrolyte solution solvent. More preferably, it is 1% by weight or more.
本発明における電解液において、電解液の水分は、加水分解によるガス発生が著しくコンデンサの膨れ等の不具合を起こすという理由から1重量%以下が好ましく、さらに好ましくは0.1重量%以下であり、陽極酸化皮膜の修復能も考慮すれば好ましくは0.0001重量%以上、さらに好ましくは0.01重量%以上である。 In the electrolytic solution in the present invention, the water content of the electrolytic solution is preferably 1% by weight or less, more preferably 0.1% by weight or less, because gas generation due to hydrolysis causes remarkable problems such as swelling of the capacitor. Considering the repair ability of the anodized film, it is preferably 0.0001% by weight or more, and more preferably 0.01% by weight or more.
本発明における電解液は、電解コンデンサに用いられる。電解コンデンサとしては特に限定されず、例えば、表面に酸化アルミニウム箔と陰極アルミニウム箔をその間にセパレータを介在させて捲回し、これに本発明の電解液を含浸させ有底筒状のアルミニウムケースに収納した後、アルミニウムケースの開口部を封口剤で密閉することにより構成された巻き取り形のアルミ電解コンデンサ等が好ましい。 The electrolytic solution in the present invention is used for an electrolytic capacitor. The electrolytic capacitor is not particularly limited. For example, an aluminum oxide foil and a cathode aluminum foil are wound on the surface with a separator interposed therebetween, and impregnated with the electrolytic solution of the present invention, and stored in a bottomed cylindrical aluminum case. Then, a wound aluminum electrolytic capacitor configured by sealing the opening of the aluminum case with a sealing agent is preferable.
次に本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下、%は重量%を示す。 Next, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto. Hereinafter, “%” represents “% by weight”.
テフロン製丸底フラスコにテトラフルオロホウ酸の42%水溶液209gを仕込み、撹拌下、20℃で、N,N−ジメチルエチルアミン73gを少量ずつ滴下し、滴下終了後30分撹拌した。110℃/5mmHgで水を除去して、N,N−ジメチルエチルアミンのテトラフルオロホウ酸塩160gを得た。これにメタノール200gを投入し、60℃に加熱溶解させたのち、熱時濾過した。濾液を0℃まで冷却し、析出した結晶を濾過した。これを−25℃のエタノールで洗浄した後、減圧乾燥して、精製されたN,N−ジメチルエチルアミン・テトラフルオロホウ酸塩を得た。これをγ-ブチロラクトンに溶解し25%濃度の電解液を調製した。
F−NMR、H−NMRの測定結果から、N,N−ジメチルエチルアミンとテトラフルオロホウ酸のモル比が1.00:1.00であり、フッ化水素およびフッ素イオンの電解液の重量に基づいた合計重量含有率は0.00%であった。
硫酸バリウム比濁法による硫酸および硫酸塩の含有率は1ppm、ICP−AES測定によるケイフッ化水素酸およびその塩の含有率は0.00%、イオンクロマトグラフィーによるテトラフルオロホウ酸の加水分解物の含有率は0.01%であった。また、カールフィッシャー法による水分測定の結果、水分は0.03%であった。
A Teflon round bottom flask was charged with 209 g of a 42% aqueous solution of tetrafluoroboric acid, 73 g of N, N-dimethylethylamine was added dropwise at 20 ° C. with stirring, and the mixture was stirred for 30 minutes after completion of the addition. Water was removed at 110 ° C./5 mmHg to obtain 160 g of tetrafluoroborate salt of N, N-dimethylethylamine. 200 g of methanol was added to this, heated and dissolved at 60 ° C., and then filtered while hot. The filtrate was cooled to 0 ° C., and the precipitated crystals were filtered. This was washed with ethanol at −25 ° C. and then dried under reduced pressure to obtain purified N, N-dimethylethylamine tetrafluoroborate. This was dissolved in γ-butyrolactone to prepare an electrolyte solution having a concentration of 25%.
From the measurement results of F-NMR and H-NMR, the molar ratio of N, N-dimethylethylamine and tetrafluoroboric acid is 1.00: 1.00, based on the weight of the electrolyte solution of hydrogen fluoride and fluorine ions. The total weight content was 0.00%.
The content of sulfuric acid and sulfate by barium sulfate nephelometry is 1 ppm, the content of hydrofluoric acid and its salt by ICP-AES measurement is 0.00%, and the hydrolyzate of tetrafluoroboric acid by ion chromatography The content rate was 0.01%. Moreover, the water | moisture content was 0.03% as a result of the water | moisture content measurement by a Karl Fischer method.
N,N−ジエチルメチルアミン・テトラフルオロホウ酸塩を溶質とした以外は実施例1
と同様にして電解液を調製した。
F−NMR、H−NMRの測定結果から、N,N−ジエチルメチルアミンとテトラフルオロホウ酸のモル比が1.00:1.00であり、フッ化水素およびフッ素イオンの電解液の重量に基づいた合計重量含有率は0.01%であった。
硫酸バリウム比濁法による硫酸および硫酸塩の含有率は1ppm、ICP−AES測定によるケイフッ化水素酸およびその塩の含有率は0.00%、イオンクロマトグラフィーによるテトラフルオロホウ酸の加水分解物の含有率は0.01%であった。また、カールフィッシャー法による水分測定の結果、水分は0.05%であった。
Example 1 except that N, N-diethylmethylamine tetrafluoroborate was used as the solute
An electrolyte solution was prepared in the same manner as described above.
From the measurement results of F-NMR and H-NMR, the molar ratio of N, N-diethylmethylamine and tetrafluoroboric acid is 1.00: 1.00, and the weight of the electrolyte solution of hydrogen fluoride and fluorine ions is The total weight content based was 0.01%.
The content of sulfuric acid and sulfate by barium sulfate turbidimetry is 1 ppm, the content of hydrofluoric acid and its salt by ICP-AES measurement is 0.00%, and the hydrolyzate of tetrafluoroboric acid by ion chromatography The content rate was 0.01%. In addition, as a result of moisture measurement by the Karl Fischer method, the moisture content was 0.05%.
比較例1
1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリニウム・テトラフロオロアルミン酸塩200gをメタノール900mlに投入し、溶解させて溶媒抽出を行った。0℃まで冷却し、下層に遊離物を得た。これを減圧乾燥して、精製された1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリニウム・テトラフロオロアルミン酸塩を得た。これをγ-ブチロラクトンに溶解し25%濃度の電解液を調製した。
F−NMR、H−NMRの測定結果から、フッ化水素およびフッ素イオンの電解液の重量に基づいた合計重量含有率は0.0%であった。
硫酸バリウム比濁法による硫酸および硫酸塩の含有率は1ppm、ICP−AES測定によるケイフッ化水素酸およびその塩の含有率は0.00%、イオンクロマトグラフィーによるテトラフルオロホウ酸の加水分解物の含有率は0.01%であった。また、カールフィッシャー法による水分測定の結果、水分は0.08%であった。
Comparative Example 1
200 g of 1,2,3,4-tetramethylimidazolinium tetrafluoroaluminate was added to 900 ml of methanol and dissolved to perform solvent extraction. It cooled to 0 degreeC and the educt was obtained in the lower layer. This was dried under reduced pressure to obtain purified 1,2,3,4-tetramethylimidazolinium tetrafluoroaluminate. This was dissolved in γ-butyrolactone to prepare an electrolyte solution having a concentration of 25%.
From the measurement results of F-NMR and H-NMR, the total weight content based on the weight of the electrolyte solution of hydrogen fluoride and fluorine ions was 0.0%.
The content of sulfuric acid and sulfate by barium sulfate turbidimetry is 1 ppm, the content of hydrofluoric acid and its salt by ICP-AES measurement is 0.00%, and the hydrolyzate of tetrafluoroboric acid by ion chromatography The content rate was 0.01%. Moreover, the water | moisture content was 0.08% as a result of the water | moisture content measurement by a Karl Fischer method.
比較例2
1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリニウム・テトラフロオロホウ酸塩を溶質とした以外は比較例1と同様にして電解液を調整した。
F−NMR、H−NMRの測定結果から、フッ化水素の電解液の重量に基づいた合計重量含有率は0.01%であった。
硫酸バリウム比濁法による硫酸および硫酸塩の含有率は1ppm、ICP−AES測定によるケイフッ化水素酸およびその塩の含有率は0.00%、イオンクロマトグラフィーによるテトラフルオロホウ酸の加水分解物の含有率は0.01%であった。また、カールフィッシャー法による水分測定の結果、水分は0.03%であった。
Comparative Example 2
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that 1,2,3,4-tetramethylimidazolinium tetrafluoroborate was used as the solute.
From the measurement results of F-NMR and H-NMR, the total weight content based on the weight of the electrolyte solution of hydrogen fluoride was 0.01%.
The content of sulfuric acid and sulfate by barium sulfate turbidimetry is 1 ppm, the content of hydrofluoric acid and its salt by ICP-AES measurement is 0.00%, and the hydrolyzate of tetrafluoroboric acid by ion chromatography The content rate was 0.01%. Moreover, the water | moisture content was 0.03% as a result of the water | moisture content measurement by a Karl Fischer method.
本発明の実施例1、2および比較例1、2の電解液について、以下の方法で30℃における初期比電導度、比電導度変化率を測定し、結果を表1に示した。 With respect to the electrolytic solutions of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention, the initial specific conductivity and the rate of change in specific conductivity at 30 ° C. were measured by the following methods. The results are shown in Table 1.
<30℃における初期比電導度>
比電導度測定装置(東亜電波工業社製:CM−40S)を使用して電解液の30℃における初期比電導度を測定した。
<Initial specific conductivity at 30 ° C.>
The initial specific conductivity at 30 ° C. of the electrolyte was measured using a specific conductivity measuring device (manufactured by Toa Denpa Kogyo Co., Ltd .: CM-40S).
<比電導度変化率>
電解液を密閉ガラスアンプル中で125℃×50時間の耐熱試験を実施した後の30℃における比電導度の変化率、すなわち、[{(耐熱試験前の初期比電導度)−(耐熱試験後の比電導度)}/(耐熱試験前の初期比電導度)]×100(単位は「%」)を測定した。
<Change rate of specific conductivity>
The rate of change in specific conductivity at 30 ° C. after conducting a heat test at 125 ° C. for 50 hours in a sealed glass ampoule, ie, [{(initial specific conductivity before heat test) − (after heat test) Specific conductivity)} / (initial specific conductivity before the heat resistance test)] × 100 (unit: “%”).
表1から明らかなように実施例1、2の電解液は、比較例1、2の電解液に比べ比電導度が高く、また耐熱性に優れる。 As is clear from Table 1, the electrolytic solutions of Examples 1 and 2 have higher specific conductivity and excellent heat resistance than the electrolytic solutions of Comparative Examples 1 and 2.
実施例1の電解液を用いて、下記の方法でアルミニウム電解コンデンサを作製した。 Using the electrolytic solution of Example 1, an aluminum electrolytic capacitor was produced by the following method.
実施例2の電解液を用いて、下記の方法でアルミニウム電解コンデンサを作製した。 Using the electrolytic solution of Example 2, an aluminum electrolytic capacitor was produced by the following method.
アルミニウム電解コンデンサの作製方法
実施例および比較例の電解液を、定角電圧6.3V−静電容量1000μFの巻き取り型アルミ電解コンデンサ素子に含浸させコンデンサ素子をφ10×12.5Lの外装ケースに封入後、外装ケースの開口部を封口材と共にカーリング加工し、その後エージングをおこなって本発明の電解コンデンサを作製した。
Method for Producing Aluminum Electrolytic Capacitor The electrolytic solution of Example and Comparative Example was impregnated into a take-up type aluminum electrolytic capacitor element having a constant voltage of 6.3 V and a capacitance of 1000 μF, and the capacitor element was put into an outer case of φ10 × 12.5L. After sealing, the opening of the outer case was curled together with the sealing material, and then aging was performed to produce the electrolytic capacitor of the present invention.
比較例3〜4
比較例1〜2の電解液を用いて同様に電解コンデンサを作製した。
Comparative Examples 3-4
Similarly, electrolytic capacitors were produced using the electrolytic solutions of Comparative Examples 1 and 2.
作製した電解コンデンサを用いて、20℃、100kHzにおける初期インピーダンス、および125℃×500hr無負荷試験後のインピーダンス、インピーダンス変化率および外観変化を評価し、結果を表2に示した。
インピーダンス変化率は、[{(無負荷試験後のインピーダンス)−(無負荷試験前の初期インピーダンス)}/(無負荷試験前の初期インピーダンス)]×100(単位は「%」)で求めた値である。
Using the produced electrolytic capacitor, the initial impedance at 20 ° C. and 100 kHz, and the impedance, impedance change rate and appearance change after 125 ° C. × 500 hr no-load test were evaluated, and the results are shown in Table 2.
The impedance change rate is a value obtained by [{(impedance after no-load test) − (initial impedance before no-load test)} / (initial impedance before no-load test)] × 100 (the unit is “%”). It is.
表2から明らかなように実施例3〜4コンデンサは、比較例3〜4のコンデンサに比べ低インピーダンスである。また比較例3〜4のコンデンサのインピーダンスの変化率と比べても同程度に耐熱性に優れる。 As is clear from Table 2, the capacitors of Examples 3 to 4 have a lower impedance than the capacitors of Comparative Examples 3 to 4. Moreover, it is as excellent in heat resistance as compared with the rate of change in impedance of the capacitors of Comparative Examples 3 to 4.
本電解液を用いた電解コンデンサは、自動車のコントロールユニット制御回路、高性能AV機器制御回路用途に最適である。
An electrolytic capacitor using this electrolytic solution is most suitable for use as a control unit control circuit for automobiles and a control circuit for high performance AV equipment.
Claims (14)
An electrolytic capacitor comprising the electrolytic solution according to claim 1.
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