JP2007095871A - 電解コンデンサの駆動用電解液 - Google Patents

Abstract

【課題】 三級アンモニウム塩系であって、かつ、高い電導度を有するとともに、電解コンデンサの信頼性を向上可能な電解液を提供する。
【解決手段】 有機極性溶媒であるγ−ブチロラクトンとエチレングリコールとの混合溶媒に対して、溶質として、以下の化学式で示される三級アミンである１，２−ジメチルアジリジンイオンと、フタル酸やマレイン酸などの有機カルボン酸との塩を配合して、電解コンデンサの駆動用電解液を得る。エチレングリコールの配合量は、電解液全体に対して１〜３０重量％である。
【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。

従来、高周波低インピーダンス対応のアルミニウム電解コンデンサには、γ−ブチロラクトンを主体とする溶媒に、フタル酸やマレイン酸などのカルボン酸の四級アンモニウム塩を溶質として用いた電導度の高い電解液が知られている（例えば、特許文献１）。

しかしながら、四級アンモニウム塩系電解液を用いてアルミニウム電解コンデンサを作製するにあたって、コンデンサ素子から突出するリード部分を封口ゴムのリード孔部に通した状態で密封すると、四級アンモニウム塩の塩基成分が陰極側のリード孔部やリード部分を劣化させ、電解液が封口ゴムの陰極側のリード孔部から漏れるとされている。

このような液漏れを回避する方法として、四級アンモニウム塩系電解液に代えて、三級アンモニウム塩系電解液を使用することが検討されており、このような電解液としては、トリエチルアミン塩や、ペンタアルキルグアニジン塩を溶質として用いたものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開昭６２−１４５７１３ 特開平９−２８３３７９

しかしながら、上記従来の三級アンモニウム塩系電解液は、四級アンモニウム塩系電解液に比較して電導度が低いため、電解コンデンサに用いても所望のインピーダンス特性を得ることができないなどの問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、三級アンモニウム塩系であって、かつ、高い電導度を有するとともに、電解コンデンサの信頼性を向上できる電解液を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の電解コンデンサの駆動用電解液は、有機極性溶媒に対し、溶質として、少なくとも、以下の化学式で示される三級アミンである１，２−ジメチルアジリジンイオンと、酸アニオンとの塩を配合してなることを特徴とする。

本発明において、前記酸アニオンとしては、有機酸または無機酸を用いることができるが、フタル酸やマレイン酸等の有機カルボン酸を用いることが好ましい。

本発明において、前記有機極性溶媒は、例えば、γ−ブチロラクトンおよび／またはエチレングリコールからなる。ここで、前記有機極性溶媒は、γ−ブチロラクトンとエチレングリコールとの混合溶媒を用いる場合、当該混合溶媒におけるエチレングリコールの配合量は、電解液全体に対して１〜３０重量％であることが好ましい。

本発明において、有機酸としては、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等や、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、マンデル酸等が挙げられる。モノカルボン酸としては、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、ナフトエ酸等があり、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等もある。

更に、他の有機酸として、フェノール類であるフェノール、クレゾール、キシレノール、エチルフェノール、ｎ−プロピルフェノール、イソプロピルフェノール、ｎ−アミルフェノール、イソアミルフェノール、イソノニルフェノール、イソドデシルフェノール、オイゲノール、グアヤコール、ナフトール、シクロヘキシルフェノール、カテコール、レゾルシン、ピロガロール、フロログルシン等がある。

その他、リン酸エステル類として、メチルリン酸エステル、ジメチルリン酸エステル、イソプロピルリン酸エステル、ジイソプロピルリン酸エステル、ブチルリン酸エステル、ジブチルリン酸エステル、２−エチルヘキシルリン酸エステル、ジ（２−エチルヘキシル）リン酸エステル、イソデシルリン酸エステル、ジイソデシルリン酸エステルなども挙げられる。

また、無機酸としてはオルトリン酸、ホウ酸等が挙げられる。

上記に例示した酸アニオンのうちで好適には、カルボン酸、モノおよびジアルキルリン酸エステルであり、特に好適なものは、フタル酸およびマレイン酸である。

本発明の電解液における溶剤としては、有機極性溶媒を用いることができる。この有機極性溶剤の具体例は以下の通りであり、２種以上併用することもできる。

アルコール類として、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、アミルアルコール、フルフリルアルコール、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、グリセリン、ヘキシトール等がある。

エーテル類として、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、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等がある。

アミド類として、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がある。

オキサゾリジノン類として、Ｎ−メチル−２−オキサゾリジノン、３，５−ジメチル−２−オキサゾリジノン等がある。

ラクトン類として、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−バレロラクトン等がある。

ニトリル類として、アセトニトリル、アクリロニトリル、アジポニトリル、３−メトキシプロピオニトリル等がある。

カーボネート類として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等がある。

その他の有機溶剤として、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホオキシド、スルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、トルエン、キシレン、パラフィン類等がある。

上記に例示した溶剤のうち好適なものは、γ−ブチロラクトンおよびエチレングリコールを主体とする溶剤である。

本発明の電解液は必要により、種々の添加剤を添加することができる。添加剤としては、マンニトール、ソルビトール等の多価アルコールや、リン酸またはリン酸誘導体、ホウ酸誘導体、コロイダルシリカおよびニトロ化合物が挙げられる。

本発明の電解液では、有機極性溶媒に溶質として三級アミンである１，２−ジメチルアジリジンイオンと酸アニオンとの塩を配合したため、高い電導度（低比抵抗）が得られる。
従って、電解コンデンサの初期的なｔａｎδを低く抑えることができ、かつ、高温印加試験を行ってもｔａｎδの増大が小さい。それ故、電解コンデンサの初期特性、信頼性および寿命を向上することができる。
また、本発明に係る電解液は、三級アミンを用いているため、電解コンデンサを作製するにあたって、コンデンサ素子から突出するリード部分を封口ゴムのリード孔部に通した状態で密封しても、塩基成分が陰極側のリード孔部やリード部分を劣化させることがないので、電解液が封口ゴムの陰極側のリード孔部から漏れることがない。

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。まず、本発明の実施例１〜２６に係る電解液の組成、並びに電解液の３０℃における比抵抗を表１、表２に示す。

また、本発明とその作用、効果を比較するための従来例１〜４の電解液について、その組成並びに３０℃における比抵抗を表３に示す。

表１〜２と表３との比較によって明らかなように、フタル酸塩である本発明の実施例２〜５、９〜１２は、同じくフタル酸塩である従来例３と比べて比抵抗が低い。また、マレイン酸塩を用いた本発明の実施例１５〜１８、２２〜２５は、同じくマレイン酸塩である従来例２、４と較べて比抵抗が低く、特に本発明の実施例１７、２３では、四級アンモニウム塩である従来例１と比較して比抵抗が低く、本発明の実施例に係る電解液は電導度が高いことが分かる。

また、本発明の実施例のうち、フタル酸塩を用いた実施例では、エチレングリコールが未添加の実施例１、およびエチレングリコールの添加量が３５．０重量％の実施例６においては、他の実施例と比較して比抵抗が高く、低比抵抗用途に不向きである。また、マレイン酸塩を用いた実施例においても同様に、エチレングリコールが未添加の実施例１４、およびエチレングリコールの添加量が３５．０重量％の実施例１９においては、他の実施例と比較して比抵抗が高いため、好ましくない。従って、エチレングリコールの添加量は、電解液全体に対して１〜３０重量％の範囲が好ましい。

また、本発明の実施例のうち、フタル酸塩を用いた実施例では、溶質濃度が４５．０重量％の実施例１３、および１０．０重量％以下の実施例７〜８では、その他の実施例より比抵抗が高いため、好ましくない。また、マレイン酸塩を用いた実施例においても同様に、溶質濃度が４５．０重量％以上の実施例２６、および１０．０重量％以下の実施例２０〜２１では、その他の実施例より比抵抗が高いため、好ましくない。従って、溶質濃度は１５〜４０重量％の範囲が好ましい。

次に、表１〜３の電解液を使用して、６．３Ｖ−１０００μＦ（φ１０×１２．５ｍｍＬ）の電解コンデンサを各１０個を作製し、ｔａｎδ、等価直列抵抗について初期特性測定後、高温印加試験（１０５℃、１０００時間、６．３Ｖ印加）を行い、表４および表５に示す結果を得た。

表４から明らかなように、電解液の溶質にフタル酸塩を用いた実施例２〜５、９〜１２は従来例３と比べて、高温印加試験においてｔａｎδおよび等価直列抵抗の増大が抑制され、優れた特性を示していることがわかる。

表５から明らかなように、電解液の溶質にマレイン酸塩を用いた実施例１５〜１８、２２〜２５は従来例２、４と比べて、高温印加試験においてｔａｎδおよび等価直列抵抗の増大が抑制され、優れた特性を示していることがわかる。

次に、本発明の実施例２〜５、９〜１２、１５〜１８、２２〜２５と従来例１の電解液を使用して、６．３Ｖ−１０００μＦ（φ１０×１２．５ｍｍＬ）の電解コンデンサを各１０個を作製し、温度８５℃、相対湿度８５％の高温高湿条件下で２０００時間６．３Ｖ印加の加速試験を行い、封口部のリード孔部からの液漏れの有無を調べ、表６に示す結果を得た。

表６から明らかなように、本発明の実施例２〜５、９〜１２、１５〜１８、２２〜２５の電解液を用いた電解コンデンサは、四級アンモニウム塩を溶質として用いている従来例１と較べて、高湿度条件下においても液漏れがなく、優れた信頼性を示していることがわかる。

なお、本発明の三級アミンである１，２−ジメチルアジリジンイオンとカルボン酸アニオンとから構成される塩の有機極性溶剤溶液からなる電解液は、実施例に限定されるものではなく、先に記載した各種化合物を単独または複数溶解した電解液を用いても同様の効果が得られる。

Claims (5)

1. 有機極性溶媒に対し、溶質として、少なくとも、以下の化学式で示される三級アミンである１，２−ジメチルアジリジンイオンと、酸アニオンとの塩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。
   

   
2. 請求項１において、前記酸アニオンが、有機酸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２において、前記有機酸が、フタル酸またはマレイン酸であり、前記有機酸と１，２−ジメチルアジリジンイオンとの塩の配合量が、電解液全体に対して１５〜４０重量％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１〜３のいずれかにおいて、前記有機極性溶媒は、γ−ブチロラクトンおよび／またはエチレングリコールからな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４において、前記有機極性溶媒が、γ−ブチロラクトンとエチレングリコールとの混合溶媒であり、当該混合溶媒におけるエチレングリコールの配合量は、電解液全体に対して１〜３０重量％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。