JP2006339225A - 電解コンデンサの駆動用電解液 - Google Patents

Abstract

【目的】 電解液の低比抵抗化の為に電解液中の水分量を増加させた場合でも、アルミニウム電極箔の水和反応を抑えることができ、アルミニウム電解コンデンサの信頼性を維持することができる駆動用電解液を提供する。
【解決手段】 アルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液において、３０〜７０ｗｔ％の水とエチレングリコールとを混合した溶媒に、有機カルボン酸またはその塩と、以下の化学式で示されるアルキルチオール類またはその塩とを０．０１〜２．０ｗｔ％配合する。【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）に関するものである。

一般に、アルミニウム電解コンデンサでは、高純度のアルミニウム箔を電気化学的にエッチング処理して表面積を拡大させた後、ホウ酸アンモニウム水溶液、アジピン酸アンモニウム水溶液等の化成液中で化成処理を行い、エッチング箔表面に酸化皮膜を形成させた陽極箔と、アルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔との間にセパレータを挿入し巻回して得られたコンデンサ素子とし、電解液を含浸した後、金属製の筒状ケースに収納し、筒状ケースの開口部は、弾性ゴムにより封口され、封口した部位を絞り加工することにより封止される。

近年、電子部品のデジタル化が進む中で、アルミニウム電解コンデンサの低損失、低インピーダンス化への要求が高まっており、アルミニウム電解コンデンサに使用する電解液は、高電導度（低比抵抗）化に向けて開発が進められている。
従来、低圧用電解液にはエチレングリコールを主溶媒とし、アジピン酸、安息香酸等のアンモニウム塩を溶質とするものが使用されてきたが、近年では、電解液中の水分量を増加させて電解液の比抵抗を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許第３３６６２６７号（第１−１０頁） 特許第３３６６２６８号（第１−２１頁）

しかしながら、電解液中の水の配合量を増加させた場合、電解液中の水とアルミニウム電極箔とが水和反応を起こす。その結果、アルミニウム電解コンデンサの電気特性を著しく低下させ、特に高温無負荷条件下での漏れ電流が増大するという問題点がある。このような水和反応は、電解液中の水分量の増加に伴って顕著となる。このため、水の配合量を高めて電解液の低比抵抗化を図ろうとすると、信頼性を十分に維持することができないという問題点がある。

以上の問題に鑑みて、本発明の課題は、電解液の低比抵抗化のために電解液中の水分量を増加させた場合でも、アルミニウム電極箔の水和反応を抑えることができ、アルミニウム電解コンデンサの信頼性を維持することができる電解液を提供することにある。

本発明は上記課題を解決するため、種々検討した結果到達し得た発明であり、アルキルチオール類またはその塩を電解液に適用しようとするものである。
すなわち、本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液では、エチレングリコールと水とを配合した溶媒に、少なくとも、有機カルボン酸またはその塩と、以下の化学式で示されるアルキルチオール類またはその塩とを配合したことを特徴とする。

上式中、Ｒ２の種類は、主鎖を構成する複数の炭素のいずれにおいても同一である構成、および主鎖を構成する複数の炭素において相違している構成のいずれであってもよい。

ここで、前記アルキルチオール類としては、ｎ−オクタンチオール、ｎ−ノナンチオール、ｎ−デカンチオール、２，６，８−トリヒドロキシ−１−デカンチオール、８−ヒドロキシ−１−オクタンチオール、１２−メルカプト−１−ドデシルアミン、１０−エポキシ−１−オクタデカンチオール、またはこれらの塩などが挙げられる。

本発明において、水の配合量は、電解液全体に対して３０〜７０ｗｔ％であることが好ましい。

本発明において、アルキルチオール類の配合量は、電解液全体に対して０．０１〜２．０ｗｔ％であることが好ましい。

本発明において、前記有機カルボン酸は、例えば、ギ酸、マロン酸、コハク酸、およびアジピン酸のうちの少なくとも１種である。

本発明においては、さらに、電解液がオルトリン酸、亜リン酸、および次亜リン酸のうちの少なくとも１種を含むことが好ましい。また、電解液がリン酸モノメチル、リン酸ジメチル、リン酸モノエチル、リン酸ジエチル、リン酸モノプロピル、リン酸ジプロピル、リン酸モノエチレングリコール、およびリン酸ジエチレングリコールのうちの少なくとも１種を含むことが好ましい。

また、本発明に係る電解液には、漏れ電流の低減、耐電圧向上、ガス吸収等の目的でコンデンサ駆動用電解液に一般的に使用される種々の添加剤を加えることができる。
添加剤の例として、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等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。

本発明に係る電解液に配当したアルキルチオール類のチオール基は、金属への吸着性が強いものであり、チオール基がアルミニウム電極箔表面に配向して単分子膜を形成する。 このような膜の形成により、水分添加量が多い場合でも、高温雰囲気下におけるアルミニウム電極箔の水和劣化反応を抑制することが可能であり、電解コンデンサの特性改善並びに信頼性向上を図ることができる。

本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液では、エチレングリコールと水とを配合した溶媒に、少なくとも、有機カルボン酸またはその塩と、アルキルチオール類またはその塩とを配合してあり、水の配合量は、電解液全体に対して３０〜７０ｗｔ％であることが好ましい。また、アルキルチオール類の配合量は、電解液全体に対して０．０１〜２．０ｗｔ％であることが好ましい。
ここで、有機カルボン酸は、例えば、ギ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸などである。
さらに、電解液には、オルトリン酸、亜リン酸、次亜リン酸、リン酸モノメチル、リン酸ジメチル、リン酸モノエチル、リン酸ジエチル、リン酸モノプロピル、リン酸ジプロピル、リン酸モノエチレングリコール、リン酸ジエチレングリコールのうち少なくとも１種が配合されていることが好ましい。

以下、本発明の実施例をより具体的に説明する。まず、表１に示す組成で電解液を調合し、３０℃における比抵抗を測定した。その結果を表１に示す。なお、表１中、成分Ａ〜Ｅは各々、以下のアルキルチオール類
Ａ：ｎ−オクタンチオール
Ｂ：ｎ−ノナンチオール
Ｃ：ｎ−デカンチオール
Ｄ：２、６、８−トリヒドロキシ−１−デカンチオール
Ｅ：８−ヒドロキシ−１−オクタンチオール
を表す。

次に、表１に示す電解液を使用して、定格６．３Ｖ−１５００μＦ（φ１０×１２．５ｍｍＬ）のアルミニウム電解コンデンサを各１０個作製し、静電容量、ｔａｎδ、漏れ電流について初期特性測定後、１０５℃にてＤＣ６．３Ｖ負荷試験（３０００時間）を行い、表２に示す結果を得た。

表２において、水分混合量が等しいもの、例えば、水分量５０ｗｔ％の従来例２と、実施例１〜６を比較すると、アルキルチオール類を添加していない従来例２の電解液を用いたアルミニウム電解コンデンサと比較して、アルキルチオール類を添加した実施例１〜６の電解液を用いたアルミニウム電解コンデンサの方が、３０００時間ＤＣ印加試験における信頼性が向上している。
特に、従来例２の電解液を用いたアルミニウム電解コンデンサは、３０００時間ＤＣ印加試験後に電気特性の悪化および弁膨脹を起こしているが、実施例２〜５の電解液を用いたアルミニウム電解コンデンサでは、３０００時間ＤＣ印加試験後においても電気特性は良好な値を示している。

ここで、アルキルチオール類の配合量は、電解液全体に対して０．０１ｗｔ％未満（実施例１）では漏れ電流の抑制効果は十分でなく、また、２．０ｗｔ％を超える（実施例６）と水和反応の抑制効果に最適な添加量を逸脱しており、電気特性の低下を引き起こしている。よって、アルキルチオール類の配合量は、電解液全体に対して０．０１〜２．０ｗｔ％の範囲が好ましい。

また、水分の配合量は、電解液全体に対して３０ｗｔ％未満では低比抵抗化が十分でなく（実施例１２）、配合量が７０ｗｔ％を越えると、低比抵抗化は実現するものの、信頼性特性の悪化が著しく、アルキルチオール類による水和反応抑制の効果が低下することが分かる（実施例１６）。よって、水分の配合量は、電解液全体に対して３０〜７０ｗｔ％が好ましい。

また、上記実施例の他、有機カルボン酸としてアジピン酸アンモニウム、コハク酸アンモニウム、ギ酸アンモニウム、マロン酸アンモニウムのいずれを用いた場合でも、アルキルチオール類による水和反応の抑制効果により、ＤＣ印加試験３０００時間後においても良好な電気特性を示すことが確認できた。
また、電解液に対して、亜リン酸、次亜リン酸、リン酸モノメチル、リン酸ジメチル、リン酸モノエチル、リン酸ジエチル、リン酸モノプロピル、リン酸ジプロピル、リン酸モノエチレングリコール、リン酸ジエチレングリコールのうち少なくとも１種を配合した場合は、アルキルチオール類による水和反応の抑制効果がさらに高められ、ＤＣ印加試験５０００時間後においても良好な電気特性を示すことが確認できた。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、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、さらに、アルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液に使用される一般的な添加剤を加えた電解液についても上記実施例と同等の効果があった。

Claims (6)

1. エチレングリコールと水とを配合した溶媒に、少なくとも、有機カルボン酸またはその塩と、以下の化学式で示されるアルキルチオール類またはその塩とを配合したことを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。
   

   
2. 請求項１記載の水の配合量が電解液全体に対して３０〜７０ｗｔ％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。
3. 請求項１記載のアルキルチオール類の配合量が、電解液全体に対して０．０１〜２．０ｗｔ％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。
4. 請求項１記載の有機カルボン酸が、ギ酸、マロン酸、コハク酸、およびアジピン酸のうちの少なくとも１種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。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、さらに、オルトリン酸、亜リン酸、および次亜リン酸のうちの少なくとも１種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。
6. 請求項１〜４のいずれかにおいて、さらに、リン酸モノメチル、リン酸ジメチル、リン酸モノエチル、リン酸ジエチル、リン酸モノプロピル、リン酸ジプロピル、リン酸モノエチレングリコール、およびリン酸ジエチレングリコールのうちの少なくとも１種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。