JP2005294596A

JP2005294596A - 電解コンデンサ

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Publication number: JP2005294596A
Application number: JP2004108541A
Authority: JP
Inventors: Toshitaka Yoshioka; 利恭吉岡; Takao Sugano; 高夫菅野
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】７００Ｖ以上の高耐電圧特性を有する電解コンデンサを提供する。
【解決手段】本発明の電解コンデンサは、陰極箔および平均ピット径が１．２μｍ以上のピットを有するエッチング箔に８００V以上の化成皮膜を形成した陽極箔を、ポリビニルアルコールが付着したセパレータを介して巻回して形成したコンデンサ素子に、エチレングリコールと側鎖を有するカルボン酸またはその誘導体、またはそれらの塩と、ほう酸を含む電解コンデンサ用電解液を含有させているので、７００V以上の高耐電圧特性を有している。
【選択図】なし

Description

この発明は、電解コンデンサにかかり、特に耐電圧特性の高い電解コンデンサに関する。

アルミ電解コンデンサは一般的には以下のような構成を取っている。すなわち、帯状に形成された高純度のアルミニウム箔を化学的あるいは電気化学的にエッチングを行って拡面処理するとともに、拡面処理した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することによりアルミニウム箔の表面に誘電体皮膜を形成させた陽極箔と、同じく高純度のアルミニウム箔を拡面処理した陰極箔をセパレータを介して巻回してコンデンサ素子が形成される。そしてこのコンデンサ素子には駆動用の電解液が含浸され、金属製の有底筒状の外装ケースに収納される。さらに外装ケースの開口端部は弾性ゴムよりなる封口体が収納され、さらに外装ケースの開口端部を絞り加工により封口を行い、アルミ電解コンデンサを構成する。

このようなアルミ電解コンデンサにおいて、高圧化の要求が高く、高圧用の電解コンデンサが提案されている。（特許文献１参照）。
特開２０００−２１６８８号公報

ところで、一般産機の電源電圧は４００Ｖであるが、この電圧で電解コンデンサを使用しようとすると、実効値と安全率を勘案して７００V以上の定格電圧が必要である。しかしながら、前記の電解コンデンサではこのような高電圧に耐えることはできず、定格電圧が４００Ｖの電解コンデンサを２つ使用しているというのが実情であった。

そこで、本発明は、このような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、７００V以上の高耐電圧特性を有する電解コンデンサを提供することにある。

本発明の電解コンデンサは、陰極箔および平均ピット径が１．２μｍ以上のピットを有するエッチング箔に８００V以上の化成皮膜を形成した陽極箔を、ポリビニルアルコールが付着したセパレータを介して巻回して形成したコンデンサ素子に、エチレングリコールと側鎖を有するカルボン酸またはその誘導体、またはそれらの塩と、ほう酸を含む電解コンデンサ用電解液を含有させたことを特徴とする。

本発明の電解コンデンサ用アルミニウム陽極箔ついて説明する。アルミニウム箔に直流エッチングによって平均ピット径が１．２μｍ以上のピットを形成する。このピット径は平均ピット径が１．２μｍ以上であれば本発明の効果を奏するものであるが、好ましくは１．３μｍ以上、さらに好ましくは電１．４μｍ以上である。このピット径以下であると、この後の高圧化成によってピットが化成皮膜で埋まって、静電容量が低下する。

そして、このエッチング箔をほう酸等の化成液中で８００Ｖ以上の電圧を印加して化成処理を施し、その後減極処理、再化成を行って、本発明の電解コンデンサ用アルミニウム陽極箔が形成される。

このような電解コンデンサ用アルミニウム陽極箔は、８００Ｖ以上の耐電圧を有し、誘電体皮膜面積も十分であるので、静電容量特性も良好である。

そして、本発明に用いるセパレータには、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が付着している。付着する方法は、ＰＶＡ溶液をセパレータに塗布し、乾燥して付着させる方法、または、ＰＶＡ粉末をセパレータに混抄する方法等があるが、ＰＶＡ溶液をセパレータに塗布し、乾燥して付着させる方法が、より良好な特性を得ることができる。

ＰＶＡ溶液をセパレータに塗布する方法としては、コンマリバース方式の塗工機（コーティング機）等を用いて、電解コンデンサ用セパレータにＰＶＡ溶液を塗布し、乾燥する。ＰＶＡ溶液は塗布後、セパレータに浸透し、乾燥後にはＰＶＡがセパレータの繊維間に、繊維に付着した状態になる。

セパレータには、不織布、マニラ紙、クラフト紙、セルロース紙等が使用され、また、ガラス、合成高分子の繊維を用いたセパレータを使用することもできる。セパレータの密度は、０．１５〜０．９ｇ／ｃｍ³であり、好ましくは、０．１５〜０．６５ｇ／ｃｍ³である。この範囲未満ではセパレータの強度が不十分であり、この範囲を越えると、コンデンサのｔａｎδが大きくなる。また、セパレータの厚みは、２０〜１５０μｍであり、好ましくは２０〜８０μｍである。この範囲未満では、強度が不十分であり、この範囲を越えると、ｔａｎδが大きくなる。

セパレータに付着させるＰＶＡは、市販のＰＶＡを用いることができ、重合度は、２００〜３５００のものを用いることができる。けん化度については、７０ｍｏｌ％の部分けん化したものから、９９．５ｍｏｌ％以上の完全けん化したものを用いることができる。

次いで、電解液について説明する。本発明に用いる電解液は、側鎖を有するジカルボン酸またはその誘導体、またはそれらの塩と、ほう酸を含有してなるものであるが、側鎖を有するジカルボン酸としては、１，６−デカンジカルボン酸、５，６−デカンジカルボン酸、１，１０−デカンジカルボン酸、１，７−オクタンジカルボン酸、２，４，７，６−テトラメチル−１，１０−デカンジカルボン酸、２，４，７，９−テトラメチル−１，６−デカンジカルボン酸、２，４，７，６−テトラメチル−５，６−デカンジカルボン酸、７−メチル−７−メトキシカルボニル−１，９−デカンジカルボン酸等を、その誘導体としては、７，９−ジメチル−７，９−ジメトキシカルボニル−１，１１−ドデカンジカルボン酸、７，８−ジメチル−７，８−ジメトキシカルボニル−１，１４−テトラデカンジカルボン酸、等を挙げることができる。

そして、側鎖を有するジカルボン酸またはその誘導体、またはそれらの塩（以下、側鎖を有するジカルボン酸類）とほう酸の電解液中の含有率は、側鎖を有するジカルボン酸類については０．１〜３５ｗｔ％が好ましい。また、ほう酸については、０．１〜４０ｗｔ％が好ましい。

さらに好ましくは、側鎖を有するジカルボン酸類の含有率が０．５〜３ｗｔ％で、かつ、ほう酸の含有率は５〜４０ｗｔ％である。この場合、側鎖を有するジカルボン酸類の含有率が、この範囲外では耐電圧が低下しする。また、ほう酸の含有率が、この範囲未満では耐電圧が低下し、この範囲を越えるとｔａｎδ（誘電損失）が上昇する。

また、好ましくは、側鎖を有するジカルボン酸類の含有率が５〜２５ｗｔ％で、かつ、ほう酸の含有率は０．１〜５ｗｔ％である。この場合、側鎖を有するジカルボン酸類の含有率が、この範囲未満ではｔａｎδが上昇し、この範囲を越えると耐電圧が低下する。また、ほう酸の含有率が、この範囲未満では耐電圧が低下し、この範囲を越えるとｔａｎδが上昇する。

そして、これらの塩としては、アンモニウム塩、アミン塩、四級アンモニウム塩および環状アミジン化合物の四級塩が挙げられる。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、メチルエチルアミン、ジフェニルアミン等）、三級アミン（トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリフェニルアミン、１，８─ジアザビシクロ（５，４，０）─ウンデセン─７等）が挙げられる。第四級アンモニウム塩を構成する第四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、環状アミジン化合物の四級塩を構成するカチオンとしては、以下の化合物を四級化したカチオンが挙げられる。すなわち、イミダゾール単環化合物（１─メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、１，４─ジメチル─２─エチルイミダゾール、１─フェニ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、１，２−ジメチル−５（４）−アミノイミダゾール等のニトロおよびアミノ誘導体）、ベンゾイミダゾール（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、１，４−ジメチル−２−エチルイミダゾリン、１−メチル−２−フェニルイミダゾリン等）、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、１，８−ジアザビシクロ〔５．４．０〕ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ〔４．３．０〕ノネン−５等）等である。

本発明の電解コンデンサ用電解液は溶媒として、エチレングリコールを含有するものであるが、以下の溶媒を混合することもできる。プロトン性の有機極性溶媒として、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（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、非プロトン性の有機極性溶媒としては、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）、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。

また、本発明の電解コンデンサ用電解液に、ほう酸系化合物、例えばほう酸と多糖類（マンニット、ソルビットなど）との錯化合物、ほう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）との錯化合物等、界面活性剤、コロイダルシリカ等を添加することによって、さらに、耐電圧の向上をはかることができる。ただし、本発明においては、ＰＶＡの添加は行わない。

また、漏れ電流の低減や水素ガス吸収等の目的で種々の添加剤を添加することができる。添加剤としては、例えば、芳香族ニトロ化合物、（ｐ−ニトロ安息香酸、ｐ−ニトロフェノールなど）、リン系化合物（リン酸、亜リン酸、ポリリン酸、酸性リン酸エステル化合物）、オキシカルボン酸化合物等を挙げることができる。

本発明の電解コンデンサは、陰極箔および平均ピット径が１．２μｍ以上のピットを有するエッチング箔に８００V以上の化成皮膜を形成した陽極箔を、ポリビニルアルコールが付着したセパレータを介して巻回して形成したコンデンサ素子に、エチレングリコールと側鎖を有するカルボン酸またはその誘導体、またはそれらの塩と、ほう酸を含む電解コンデンサ用電解液を含有させているので、７００V以上の高耐電圧特性を有している。

次に本発明の電解コンデンサの実施例を示す。

（実施例１）セパレータ（クラフト紙、密度０．７５ｇ／ｃｍ³、厚み５０μｍ）に、ＰＶＡ（けん化度９６ｍｏｌ％、重合度１７００）を２０％溶解した水溶液を、コンマリバース方式の塗工機にて塗布し、加熱乾燥させて、ＰＶＡが付着したセパレータを得た。ＰＶＡの付着量は、５ｇ／ｍ²であった。このセパレータを陰極箔、平均ピット径が１．２μｍ以上のピットを有するエッチング箔に１０００Vの化成皮膜を形成した陽極箔の間に挟み、巻回して、７５０Ｖ−１０μＦのコンデンサ素子を作成した。また、エチレングリコール１００部、１，６−デカンジカルボン酸アンモニウム１５部、ほう酸３．５部の電解液を作成した。そして、この電解液をコンデンサ素子に含浸し、アルミニウムケースに入れてゴム封口し、次いで、加熱して、８００Ｖ印加し、再化成するとともに、電解液をゲル化して、アルミニウム電解コンデンサを作成した。

（実施例２）実施例１において、エチレングリコール１００部、１，６−デカンジカルボン酸アンモニウム１部、ほう酸１５部の電解液を用いて、同様にアルミニウム電解コンデンサを作成した。

（比較例１）実施例１において、エチレングリコール１００部、セバシン酸アンモニウム８部、ほう酸５部の電解液を用いて、同様にアルミニウム電解コンデンサを作成した。

（比較例２）実施例１において、エチレングリコール１００部、ほう酸３０部の電解液を用いて、同様にアルミニウム電解コンデンサを作成した。

（比較例３）実施例１において、通常のセパレータを用いて、同様にアルミニウム電解コンデンサを作成した。

これらの電解コンデンサについて７５０Ｖ、１０５℃、２０００時間の高温負荷試験を行った。結果を（表１）に示す。

（表１）

以上のように、実施例から７５０Ｖの電解コンデンサが実現されていることがわかる。

Claims

陰極箔および平均ピット径が１．２μｍ以上のピットを有するエッチング箔に８００V以上の化成皮膜を形成した陽極箔を、ポリビニルアルコールが付着したセパレータを介して巻回して形成したコンデンサ素子に、エチレングリコールと側鎖を有するカルボン酸またはその誘導体、またはそれらの塩と、ほう酸を含む電解コンデンサ用電解液を含有させた電解コンデンサ。
ポリビニルアルコールが付着したセパレータは、セパレータにポリビニルアルコール溶液を塗布、乾燥して形成した、請求項１記載の電解コンデンサ。
側鎖を有するカルボン酸が１，６−デカンジカルボン酸、１，７−オクタンジカルボン酸である請求項１記載の電解コンデンサ。