JP2006012984A - 電解コンデンサ用電解液 - Google Patents

Abstract

【課題】 低比抵抗特性を有し、さらに火花電圧特性も良好な電解コンデンサ用電解液を提供する。
【解決手段】 ボロジグリコール酸エチルジメチルアミン、ボロジグリコール酸トリエチルアミン等のボロジグリコール酸三級アミン塩を溶質とし、さらに有機酸またはその塩を溶質として含有、または非イオン界面活性剤またはその塩を含有、またはポリオキシアルキレン多価アルコールエーテル化合物を溶解した溶媒を含有しているので、低比抵抗特性を有し、ボロジグリコール酸が分解して生成するグリコール酸と電極箔との反応を抑制して火花電圧特性も良好な電解コンデンサ用電解液を提供することができる。
【選択図】 なし

Description

この発明は電解コンデンサ用電解液、特に低比抵抗特性を有する電解コンデンサ用電解液に関する。

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。

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）。

特開平０８−３２１４４０号公報 特開平０８−３２１４４１号公報

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。ところが、前記電解コンデンサ用電解液の比抵抗は十分ではなく、この電解コンデンサに対する低インピーダンス特性の要求には答えることができなかった。

そこで、本発明は、低比抵抗特性を有し、さらに火花電圧特性も良好な電解コンデンサ用電解液を提供することを目的とする。

本発明の第一の電解コンデンサ用電解液は、ボロジグリコール酸三級アミン塩および、有機酸またはその塩を含有することを特徴としている。

また、有機酸として、フタル酸、マレイン酸、ボロジサリチル酸を用いたことを特徴としている。

本発明の第二の電解コンデンサ用電解液は、ボロジグリコール酸三級アミン塩および、非イオン界面活性剤を含有することを特徴としている。

また、非イオン界面活性剤としてポリエチレングリコール、ポリエーテル変成シリコーンオイルを用いたことを特徴としている。

本発明の第三の電解コンデンサ用電解液は、ボロジグリコール酸三級アミン塩および、ポリオキシアルキレン多価アルコールエーテル化合物を含有することを特徴としている。

また、ポリオキシアルキレン多価アルコールエーテル化合物が多価アルコールと酸化エチレンおよび／または酸化プロピレンを重合して得られることを特徴としている。

さらに、ポリオキシキアルレン多価アルコールエーテル化合物がポリオキシエチレングリセリンであることを特徴としている

ボロジグリコール酸三級アミン塩の三級アミンとしては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、エチルジメチルアミン、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。中でも、エチルジメチルアミンが高火花電圧を得ることができるので好適である。

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い。

そして、本発明の第一の電解コンデンサ用電解液に用いられる有機酸としては、以下の酸を挙げることができる。すなわち、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、エナント酸等のモノカルボン酸、グリコール酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸、オクタンジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸等のジカルボン酸、安息香酸、トルイル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族カルボン酸、グリコール酸、乳酸、２−ヒドロキシ酪酸、サリチル酸、ヒドロキシマロン酸、リンゴ酸、α−メチルリンゴ酸、酒石酸、クエン酸、γ−レゾルシル酸、β−レゾルシル酸、ヒドロキシフタル酸、ジヒドロキシフタル酸等のヒドロキシカルボン酸、ボロジサリチル酸等の有機酸の錯化合物等である。これらの中でフタル酸、マレイン酸、ボロジサリチル酸が好ましい。

これらの塩としては、アンモニウム塩、二級アミン塩、三級アミン塩、四級アンモニウム塩、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。

そして、本発明の電解コンデンサ用電解液は、ボロジグリコール酸三級アミン塩および有機酸またはその塩からなる溶質を含有するものであるが、溶質の電解液全体の含有量は、好ましくは５〜３０ｗｔ％、さらに好ましくは１０〜２５ｗｔ％である。この範囲未満では比抵抗が十分ではなく、この範囲を越えると火花電圧が低下する。

また、有機酸またはその塩の溶質全体の含有量は、好ましくは５〜５０ｗｔ％、さらに好ましくは１０〜３０ｗｔ％である。この範囲未満では火花電圧が十分ではなく、この範囲を越えると比抵抗が上昇する。

次に、本発明の第二の電解コンデンサ用電解液において、ボロジグリコール酸三級アミン塩の含有量は、５〜３０ｗｔ％、さらに好ましくは１０〜２５ｗｔ％である。この範囲未満では比抵抗が十分ではなく、この範囲を越えると火花電圧が低下する。

そして、本発明に用いる非イオン界面活性剤は、ポリエチレングリコール型、多価アルコール型に大別することができる。ポリエチレングリコール型としては、たとえばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物を挙げることができる。さらに、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等の高級アルコールエチレンオキサイド付加物、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル等のアルキルフェノールエチレンオキサイド付加物、ポリエチレングリコールモノラウレート等の脂肪酸エチレンオキサイド付加物、ポリオキシエチレンラウリルアミノエーテル等の高級アルキルアミンエチレンオキサイド付加物、ポリオキシエチレン椰子脂肪酸モノエタノールアマイド等の脂肪酸アミドエチレンオキサイド付加物、ポリオキシエチレンヒマシ油等の油脂エチレンオキサイド付加物、また、ポリエーテル変性シリコーンオイル、ポリオキシエチレン・メチルポリシロキサン共重合体等のシリコン系エチレンオキサイド付加物等が挙げられる。多価アルコール型としては、たとえばグリセリン、ペンタエリスリトールなどを挙げることができる。さらにグリセロールモノステアレート、ペンタエリストールジ牛脂脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート等の多価アルコール脂肪酸エステル、ショ糖の脂肪酸エステル、多価アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物、多価アルコールアルキルエーテル、椰子脂肪酸ジエタノールアミド等の脂肪酸アルカノールアミド等が挙げられる。なかでも、電解液への溶解性が高く、比抵抗が低く、火花電圧の良好なポリエチレングリコール、ポリエーテル変性シリコンオイルが好適である。

そして、本発明の電解コンデンサ用電解液は、ボロジグリコール酸三級アミン塩および非イオン界面活性剤を含有するものであるが、非イオン界面活性剤の電解液の含有量は、好ましくは１〜１５ｗｔ％、さらに好ましくは２．５〜１０ｗｔ％である。この範囲未満では火花電圧が十分ではなく、この範囲を越えると比抵抗が上昇する。

そして、本発明の第三の電解コンデンサ用電解液において、ボロジグリコール酸三級アミン塩の含有量は、５〜３０ｗｔ％、さらに好ましくは１０〜２５ｗｔ％である。この範囲未満では比抵抗が十分ではなく、この範囲を越えると火花電圧が低下する。

そして、本発明に用いられるポリオキシアルキレン多価アルコールエーテル化合物は多価アルコールと酸化アルキレンを重合して得られるが、多価アルコールとして、分子量の大きいプロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビット、ポリグリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン等があげられる。これらのうちで、グリセリンが好ましい。

また、酸化アルキレンとしては、酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化ブチレン等を挙げることができるが、酸化エチレン、酸化プロピレンが好ましい。

このようなポリオキシアルキレン多価アルコールエーテル化合物の中でも、ポリオキシエチレングリセリンが好ましい。

ポリオキシアルキレン多価アルコールエーテル化合物の分子量は、２００〜４０００、好ましくは６００〜３０００である。

そして、本発明の電解コンデンサ用電解液は、ボロジグリコール酸三級アミン塩およびポリオキシアルキレン多価アルコールエーテル化合物を含む溶媒を含有するものであるが、ポリオキシアルキレン多価アルコールエーテル化合物の電解液中の含有量は、好ましくは１〜１５ｗｔ％、さらに好ましくは２．５〜１０ｗｔ％である。この範囲未満では火花電圧が十分ではなく、この範囲を越えると比抵抗が上昇する。

（作用）
以上の本発明の電解コンデンサ用電解液は、低比抵抗特性を有し、火花電圧特性も良好である。すなわち、ボロジグリコール酸三級アミン塩は加水分解してほう酸とグリコール酸を生成し、このグリコール酸と電極箔との反応が原因と思われるが火花電圧が十分ではない。しかしながら、本発明の第一〜第三の電解コンデンサ用電解液においてはグリコール酸と電極箔との反応が抑制されて、良好な火花電圧特性を得ることができる。

この発明によれば、低比抵抗特性を有し、火花電圧特性も良好な電解コンデンサ用電解液を提供することができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

（実施例１）
本発明の電解コンデンサ用電解液の組成および比抵抗、火花電圧を（表１）に示す。なお、電解液を含浸したコンデンサ素子の常温でのショート電圧を火花電圧として測定した。また、従来例として比較したγ−ブチロラクトン９０ｗｔ％、フタル酸水素１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリニウム１０ｗｔ％の比抵抗は１４２Ωｃｍ、火花電圧は１０５Ｖであった。

GBL ：γ−ブチロラクトン
Ａ：ボロジグリコール酸エチルジメチルアミン
Ｂ：フタル酸エチルジメチルアミン

（表１）から明らかなように、実施例の電解コンデンサ用電解液の比抵抗は従来例に比べて低く、火花電圧も高い。また、フタル酸エチルジメチルアミンを添加していない比較例に比べて良好な火花電圧を得ており、従来にない低インピーダンス特性を有し、５０Ｖ級の電解コンデンサを実現することができる。

（実施例２）
本発明の電解コンデンサ用電解液の組成と比抵抗と火花電圧を（表１）に示す。なお、電解液を含浸したコンデンサ素子の１５０℃でのショート電圧を火花電圧として測定した。また、従来例として比較したγ−ブチロラクトン９０ｗｔ％、フタル酸水素１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリニウム１０ｗｔ％の比抵抗は１４２Ωｃｍ、火花電圧は７０Ｖであった。

GBL ：γ−ブチロラクトン
PEG ：ポリエチレングリコール
Ａ：ボロジグリコール酸エチルジメチルアミン

（表2）から明らかなように、実施例の電解コンデンサ用電解液の比抵抗は従来例に比
べて低く、火花電圧も高い。また、比較例に比べて良好な火花電圧を得ており、従来にない低インピーダンス特性を有し、１００Ｖ級の電解コンデンサを実現することができる。

(実施例3)
本発明の電解コンデンサ用電解液の組成と比抵抗と火花電圧を（表１）に示す。なお、電解液を含浸したコンデンサ素子の１５０℃でのショート電圧を火花電圧として測定した。また、従来例として比較したγ−ブチロラクトン９０ｗｔ％、フタル酸水素１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリニウム１０ｗｔ％の比抵抗は１４２Ωｃｍ、火花電圧は７０Ｖであった。

GBL ：γ−ブチロラクトン
POEG：ポリオキシエチレングリセリン
Ａ：ボロジグリコール酸エチルジメチルアミン

（表3）から明らかなように、実施例の電解コンデンサ用電解液の比抵抗は従来例に比
べて低く、火花電圧も高い。また、比較例に比べて良好な火花電圧を得ており、従来にない低インピーダンス特性を有し、１００Ｖ級の電解コンデンサを実現することができる。

Claims (7)

1. ボロジグリコール酸三級アミン塩および、有機酸またはその塩を含有する電解コンデンサ用電解液。
2. 有機酸がフタル酸、マレイン酸、ボロジサリチル酸である請求項１記載の電解コンデンサ用電解液。
3. ボロジグリコール酸三級アミン塩および、非イオン界面活性剤またはその塩を含有する電解コンデンサ用電解液。
4. 非イオン界面活性剤がポリエチレングリコール、ポリエーテル変成シリコーンオイルである請求項３記載の電解コンデンサ用電解液。
5. ボロジグリコール酸三級アミン塩および、ポリオキシアルキレン多価アルコールエーテル化合物を溶解した溶媒を含有する電解コンデンサ用電解液。
6. ポリオキシアルキレン多価アルコールエーテル化合物が多価アルコールと酸化エチレンおよび／または酸化プロピレンを重合して得られる請求項５記載の電解コンデンサ用電解液。
7. ポリオキシアルキレン多価アルコールエーテル化合物がポリオキシエチレングリセリンである請求項６記載の電解コンデンサ用電解液。