JP2006339203A

JP2006339203A - 電解コンデンサの駆動用電解液および電解コンデンサ

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Publication number: JP2006339203A
Application number: JP2005158674A
Authority: JP
Inventors: Seitaro Onoe; 清太朗尾上; Akihiro Matsuda; 晃啓松田
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP4555158B2

Abstract

【課題】比抵抗上昇を抑えながら耐電圧の上昇を図ることができ、かつ、調製も効率よく行うことのできるアルミニウム電解コンデンサ用の駆動用電解液、およびこの駆動用電解液を用いたアルミニウム電解コンデンサを提供する。
【解決手段】エチレングリコール等を主成分とする溶媒にアジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、１，６−デカンジカルボン酸等のカルボン酸またはそのアンモニウム等の塩と、以下の化学式で示すロイコン酸を０．１〜５．０ｗｔ％配合する。その結果、電解液と電極箔との化学反応を抑制することができ、電解液の耐電圧を向上することができる。
【化１】

【選択図】なし

Description

本発明は、電解コンデンサの駆動用電解液（以下、電解液と称す）および電解コンデンサの改良に関するものであり、特に耐電圧を改善した電解液に関するものである。

従来、中高圧用アルミニウム電解コンデンサ用の電解液としては、エチレングリコール等の溶媒に、高級二塩基酸またはそのアンモニウム塩、ホウ酸またはそのアンモニウム塩、およびマンニトール等の多価アルコール類を配合したものが用いられており、この種の電解液では、ホウ酸と多価アルコール類がエステル化合物を形成し、その構造的な特性により電解液の耐電圧が向上することが知られている。さらに他の多価アルコールとして、合成高分子であるポリビニルアルコールを溶解することにより耐電圧の向上を図ることが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特公平７−４８４５９号公報（第１−４頁）特公平７−４８４６０号公報（第１−３頁）特公平７−６３０４７号公報（第１−４頁）

しかしながら、主鎖の炭素数が６程度であるマンニトール、ソルビトール等は配合量を増加させても電解液の耐電圧の向上が緩慢であるため、耐電圧を大幅に向上させるには大量に配合する必要があり、その結果、比抵抗の顕著な上昇を伴う。一方、ポリビニルアルコールはマンニトールより少量の添加で電解液の耐電圧向上が図れるが、エチレングリコールを主成分とする溶媒に対して溶解性が著しく低いため、十分な量を添加できず、かつ、電解液を調製する際、長時間の加熱と攪拌が必要であるという問題点がある。

上記問題点に鑑みて、本発明の課題は、比抵抗上昇を抑えながら耐電圧の上昇を図ることができ、かつ、調製も効率よく行うことのできるアルミニウム電解コンデンサ用の駆動用電解液、およびこの駆動用電解液を用いたアルミニウム電解コンデンサを提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため各種検討した結果、見出されたものであり、ロイコン酸が環状の多価アルコールであって、かつ、エチレングリコールを主成分とする溶媒への溶解性が極めて良好であることに着目し、さらに、その構造的な効果により電解液と電極箔との化学反応を抑制することにより、耐電圧の向上を図るものである。

すなわち、本発明のアルミニウム電解コンデンサでは、エチレングリコールを主成分とする溶媒中に、少なくとも、カルボン酸またはその塩と、以下の化学式（１）で示す無水ロイコン酸、化学式（２）で示す含水ロイコン酸、および化学式（１）、（２）で示す各状態の中間状態にある含水ロイコン酸のうちの少なくとも一つのロイコン酸とを含む駆動用電解液を用いたことを特徴とする。

また、本発明のアルミニウム電解コンデンサでは、エチレングリコールを主成分とする溶媒中に、少なくとも、カルボン酸またはその塩と、上記の化学式（１）で示す無水ロイコン酸とを配合してなる駆動用電解液を用いたことを特徴とする。この場合には、電解液に無水ロイコン酸を配合したときでも、駆動用電解液中の水分によって、その一部があるいは全部が上記の化学式（２）で示す含水ロイコン酸、あるいは上記の化学式（１）（２）で示す各状態の中間状態にある含水ロイコン酸になっていると考えられる。

本発明において、ロイコン酸（無水ロイコン酸あるいは含水ロイコン酸）の配合量は、電解液全体に対して０．１〜５．０ｗｔ％であることが好ましい。
ここで、無水ロイコン酸および含水ロイコン酸の双方が添加されている場合、これらのロイコン酸の含有量の総和が０．１〜５．０ｗｔ％であることが好ましい。

本発明において、カルボン酸としては、ポリカルボン酸であるアゼライン酸、２−メチルアゼライン酸、セバシン酸、１，６−デカンジカルボン酸、５，６−デカンジカルボン酸、７−ビニルヘキサデセン−１，１６−ジカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、チオジプロピオン酸などや、オキシカルボン酸である、グリコール酸、乳酸、酒石酸、サリチル酸、マンデル酸など。モノカルボン酸として、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、アクリル酸、メタクリル酸、オレイン酸、安息香酸、ｐ−ニトロ安息香酸、アニス酸、クミン酸、ケイ皮酸、ナフトエ酸などがあり、その他に、ボロジシュウ酸、ボロジグリコール酸、ボロジサリチル酸、エチレングリコールホウ酸エステルなどを例示することができる。

カルボン酸の塩としては、アンモニウム塩の他、メチルアミン、エチルアミン、ｔ−ブチルアミン等の一級アミン塩、ジメチルアミン、エチルメチルアミン、ジエチルアミン等の二級アミン塩、トリメチルアミン、ジエチルメチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエチルアミンＮ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アミン等の三級アミン塩、テトラメチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム等の四級アンモニウム塩、イミダゾリニウム塩等の溶融塩を例示することができる。

エチレングリコールに混合する副溶媒としては、プロピレングリコール等のグリコール類、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のラクトン類、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、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のアミド類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、イソブチレンカーボネート等の炭酸類、アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルスルホキシド等のオキシド類、エーテル類、ケトン類、エステル類、スルホラン、スルホラン誘導体、水等を例示することができる。これらの溶媒は一種類だけでなく、二種類以上を混合して使用することができる。

上記の電解液には、漏れ電流の低減、耐電圧向上、ガス吸収等の目的で種々の添加剤を加えることができる。添加剤の例としては、リン酸化合物、ホウ酸化合物、多価アルコール類、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールのランダム共重合体およびブロック共重合体に代表される高分子化合物、ニトロ化合物等が挙げられる。

本発明において、ロイコン酸は、無水状態では、上記の化学式(１)の状態であるが、水分存在化では、上記の化学式（２）を示す含水ロイコン酸となる。また、水分量によっては、上記の化学式（１）、（２）で示す各状態の中間状態にあることも考えられる。
ここで、高圧用電解液中においては、水分を全く添加しない場合においても素子中に予め含まれている水分や、溶質や添加剤のエステル化反応により生じる縮合水が含まれている。従って、本発明による電解液をコンデンサに含浸した際には、ロイコン酸は、化学式（１）に示す無水の状態で配合しても、化学式（２）などで示す含水ロイコン酸の状態で溶解していることとなる。

この含水ロイコン酸は、従来の直鎖型の多価アルコール類とは異なり、環状のシクロペンタン環の周囲にヒドロキシル基が配置された構造になっているため、面構造により耐電圧向上に寄与する。このため、従来使用されてきた直鎖型の多価アルコールに比べ大幅な耐電圧向上効果が得られる。

また、含水ロイコン酸は、耐電圧向上剤として従来、使用されてきたマンニトールやソルビトールと同程度の分子量だが、それら以上の耐電圧向上効果が得られる。
さらに、ポリビニルアルコールなどの高分子系多価アルコールに比べ溶媒への溶解性が良好であるため、所定の量を配合できる。
それ故、比抵抗の上昇を抑制しながら耐電圧の向上を図ることができるとともに、熱的安定性にも優れるため、高温下での製品の信頼性を高めることができる。しかも、ロイコン酸は、ポリビニルアルコールなどの高分子系多価アルコールに比べ溶媒への溶解性が良好であるため、電解液の調製を効率よく行うことができる。

エチレングリコールを主溶媒とし、溶質としてカルボン酸またはその塩を含有する電解液に、無水ロイコン酸を０．１〜５．０ｗｔ％溶解させて駆動用電解液を作製する。このような電解液において、ロイコン酸は、上記の化学式（２）を示す含水ロイコン酸、あるいは、上記の化学式（１）、（２）で示す各状態の中間状態にある。
このような駆動用電解液をアルミニウム電解コンデンサに用いると、耐電圧が向上し、かつ、高温下での製品の信頼性を高めることができる。
また、ロイコン酸は、ポリビニルアルコールなどの高分子系多価アルコールに比べ溶媒への溶解性が良好であるため、電解液の調製を効率よく行うことができる。

以下、本発明を実施例に基づき、より具体的に説明する。まず、表１および表２に示す組成で電解液を調合し、３０℃における電解液の比抵抗と８５℃における火花発生電圧（電解液の耐電圧）を測定し、表１および表２に示す結果を得た。なお、表１中、成分Ａは、無水ロイコン酸を示す。

表１より分かるように、アジピン酸およびセバシン酸を用いた電解液において、無水ロイコン酸を添加した実施例１、２、３、４、５に係る電解液はいずれも、従来例１より耐電圧が向上している。また、無水ロイコン酸を添加した実施例２、３、４に係る電解液は、耐電圧向上剤であるポリビニルアルコールを添加した従来例２より比抵抗が低く、耐電圧が高い。

ここで、無水ロイコン酸の配合量は０．１ｗｔ％未満（実施例１）では耐電圧向上の効果が十分でなく、５．０ｗｔ％を超える（実施例５）と比抵抗が高くなり、低比抵抗用途に不向きとなる。よって、無水ロイコン酸の溶解量は、０．１〜５．００ｗｔ％の範囲が好ましい。

なお、本発明は実施例に限定されるものではなく、表２に示すように、先に例示した各種溶質を単独または複数溶解した電解液や、その他添加剤を加えた電解液、副溶媒を混合した電解液でも実施例と同等の効果があった。

また、上記形態では、電解液の調製時、ロイコン酸として無水ロイコン酸を添加したが、その一部あるいは全体を含水ロイコン酸として添加してもよい。

Claims

エチレングリコールを主成分とする溶媒中に、少なくとも、カルボン酸またはその塩と、以下の化学式（１）で示す無水ロイコン酸、化学式（２）で示す含水ロイコン酸、および化学式（１）、（２）で示す各状態の中間状態にある含水ロイコン酸のうちの少なくとも一つのロイコン酸とを含むことを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。
エチレングリコールを主成分とする溶媒中に、少なくとも、カルボン酸またはその塩と、上記の化学式（１）で示す無水ロイコン酸とを配合してなることを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。
請求項１または請求項２記載の無水ロイコン酸または含水ロイコン酸の含有量が、電解液全体に対して０．１〜５．０ｗｔ％であることを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。
請求項１〜３のいずれかに規定する駆動用電解液を用いたことを特徴とする電解コンデンサ。