JP2007129126A

JP2007129126A - 電解コンデンサ及びその製造方法

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Publication number: JP2007129126A
Application number: JP2005321956A
Authority: JP
Inventors: Teruki Fujiyama; 輝己藤山; Hiroshi Kurimoto; 浩栗本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2007-05-24

Abstract

【課題】本発明は、駆動用電解液を用いた電解コンデンサにおいて、導電性セパレータの電導度を低くしても、電極箔の絶縁破壊の発生を抑えた導電性セパレータを用いた電解コンデンサおよび導電性セパレータの製造方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】導電性セパレータの少なくとも一方に絶縁層を形成した導電性セパレータを用いることにより、電極箔と導電性セパレータとのショート発生を抑制することができる電解コンデンサ。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器に使用される電解コンデンサ及びその製造方法に関するものである。

電子機器の高周波化に伴い、電子部品である電解コンデンサにおいても高周波領域での等価直列抵抗（以下、ＥＳＲという）特性に優れた大容量の電解コンデンサが求められてきている。最近では高周波領域におけるＥＳＲを低減するために電気電導度の高い導電性高分子等の固体電解質を用いた固体電解コンデンサが検討されており、大容量化の要求に対しては、陽極箔と陰極箔とをその間にセパレータを介在させて巻回した巻回形構造による導電性高分子を用いた固体電解コンデンサが製品化されてきている。

さらに、マニラ紙またはクラフト紙等のセパレータ紙、或いは多孔質フィルムまたは合成繊維不織布セパレータを過硫酸塩を酸化剤兼ドーパントとして化学酸化重合した導電性高分子で導電化したセパレータ（以下、導電性セパレータという）と駆動用電解液を用いた巻回形の電解コンデンサや、巻回形のコンデンサ素子に導電性ポリマーと駆動用電解液を含浸させた電解コンデンサが提案されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１〜３が知られている。
特許第２５７１９４１号公報特開平７−２４９５４３号公報特開平１１−１８６１１０号公報

しかしながら、上記従来の構成では、導電性セパレータの電導度が電解コンデンサの特性に与える影響が極めて大きいという問題がある。

導電性セパレータの電導度が低い場合、抵抗が高くなるので電気が流れにくくなるため、導電性ポリマーは劣化しにくいが耐圧は上がる。しかし、導電性セパレータの電導度を高くすると、抵抗が下がり電気が流れ易くなるが、導電性ポリマーが壊れ易くなり耐圧がもたないという問題を有していた。

また、巻回形のタイプだと、巻回時に電極箔に圧力が加わるとピットの一部が潰れ酸化皮膜と導電性セパレータが接触し、電極箔の耐電圧が低下し絶縁破壊が生ずるという課題を有していた。

本発明は、上記課題を解決するもので、導電性セパレータの電導度を低くしても、電極箔の絶縁破壊の発生を抑えた導電性セパレータを用いた電解コンデンサおよび導電性セパレータの製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、特に、セパレータが導電性セパレータであって導電性セパレータの少なくとも一方に絶縁層を形成した電解コンデンサとするものである。

これにより、電極箔と導電性セパレータ間に強い力が加わり電極箔表面の酸化皮膜が破壊しても、導電性セパレータの外表面に絶縁層を形成しているため、ショートを防ぐことができる。

また、電導度の高い導電性セパレータを用いても高い耐圧の電解コンデンサが得られる。

以上のように本発明は、電極箔の外表面に絶縁層を形成した導電性セパレータを用いたことにより、電導度が高い導電性セパレータを用いても、耐ショート性、高耐圧に優れた電解コンデンサを安定して生産できるという格別の効果が得られるものである。

また、導電性セパレータが、帯状のセパレータに導電性高分子を付着させる重合工程と、前記セパレータの外表面に付着した導電性高分子の余剰成分を除去する洗浄工程と、前記導電性高分子を除去したセパレータを乾燥する乾燥工程と、前記導電性高分子が付着したセパレータに絶縁層を塗布または噴霧により形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層を形成したセパレータを乾燥する乾燥工程を備えた製造工程にすることにより、安価で生産性に優れた導電性セパレータを生産することができる。

（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明の請求項１〜５記載について説明する。

図１は本実施の形態における巻回形の電解コンデンサの構成を示した一部切欠き図である。

図１において、１１はコンデンサ素子である。このコンデンサ素子１１はアルミニウム電極箔の表面を粗面化した陰極箔１３とし、表面を粗面化した後に化成処理により誘電体酸化皮膜が形成されたアルミニウム電極箔を陽極箔１２とし、この陽極箔１２と陰極箔１３に夫々リード線１６、１７が接続されている。１４は導電性セパレータである。導電性セパレータ１４は、合成繊維不織布のセパレータの外表面に導電性高分子を付着させた後、セパレータの片面にポリフェニレンサルファイドの高耐圧樹脂を形成して導電性セパレータ１４を得る（図示しない）。上記陽極箔１２と陰極箔１３との間に導電性セパレータ１４を介在させて巻回することによりコンデンサ素子１１が構成されている。このコンデンサ素子１１に駆動用電解液１５と共に有底筒状の金属ケース１９に挿入し、前記コンデンサ素子１１から夫々引き出された陽極リード線１６と陰極リード線１７に封口体１８を挿通させ、上記金属ケース１９の封口体１８部分の周面を絞った絞り加工部にて封止することにより、巻回形の電解コンデンサが構成される。

以上のことにより、上記巻回形の電解コンデンサは、樹脂等の絶縁層を形成した導電性セパレータ１４を用いたコンデンサ素子１１を使用しているので、コンデンサ素子１１に圧力が加わっても陽極箔１２と絶縁層が形成された導電性セパレータ１４間でショートを防止することができ、ＥＲＳ特性が安定した巻回形の電解コンデンサを得ることができる。

なお、本発明の実施の形態１でセパレータに合成繊維不織布を用いたが、マニラ麻、クラフト紙、レーヨン、ヘプン、スパルトなどのセルロース系セパレータ繊維、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ナイロン、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミドからなる不織布を用いてもよい。

次に、導電性セパレータ１４の製造工程について図面を用いて説明する。

図２は本実施の形態の電解コンデンサにおける導電性セパレータの製造工程の構成を示した概念図である。

２１は合成繊維不織布からなる連続した帯状のセパレータ、２２は帯状のセパレータ２１をリールから送り出す供給部、２３は供給部２２から供給されたセパレータ２１の外表面に導電性高分子を付着させることにより導電性セパレータを作製する重合部であり、この重合部２３は、セパレータ２１に酸化剤溶液を含浸する酸化剤含浸槽２３ａと、この酸化剤溶液が含浸されたセパレータ２１を導電性高分子のモノマー蒸気中で気相重合することにより導電性高分子をセパレータ２１の外表面に付着させる気相重合槽２３ｂにより構成されているものである。２４は重合部２３によりセパレータ２１の外表面に導電性高分子を付着させて形成された導電性セパレータ２１ａの外表面に付着した余剰の酸化剤溶液を洗浄により除去する洗浄部、２５は洗浄部２４により洗浄された導電性セパレータ２１ａを乾燥する乾燥部、２６は乾燥後の導電性セパレータ２１ａの片面に絶縁性樹脂溶液を噴霧する噴霧部で、２６ａは噴霧された絶縁性樹脂で導電性セパレータ２１ａに付着させる。２７は絶縁性樹脂を乾燥固着する乾燥部で、２８は乾燥を終えた絶縁層が形成された導電性セパレータ１４をリールに巻回して保管する巻き取り部で構成される。

このように構成された導電性セパレータ１４の製造工程における動作について説明すると、ポリパラフェニレンテレフタラミドを主成分とする芳香族ポリアミド樹脂を原料にスパンボンド法により得られた不織布からなる厚さ５０μｍ、秤量２５ｇ／ｍ²、幅６ｍｍのセパレータ２１は、図２の左側の供給部２２から搬入され、過硫酸アンモニウム（濃度３重量％）と有機酸化合物である２−ナフタレンスルホン酸（濃度５重量％）を含浸する水とエタノールとの混合溶媒からなる酸化剤溶液が充填された酸化剤含浸槽２３ａ内に浸漬させ、次にピロールモノマーが充填された気相重合槽２３ｂの中を雰囲気中温度４０℃に保ち、セパレータ２１がピロールモノマーに接触しないように搬入し、５分間かけて通過し搬出する。

次に、ポリピロールが被覆された導電性セパレータ２１ａを、６０℃の温水が入った洗浄部２４で５分間洗浄し、１０５℃に保たれた乾燥部２５で乾燥する。

続いて、変性ポリエステルエマルジョン（固形分１０〜３５％）の絶縁性樹脂溶液２６ａを導電性セパレータ２１ａに噴霧部２６で噴霧し、１７０℃に保たれた乾燥部２７にて導電性セパレータ２１ａを３分間以上乾燥した後、絶縁層が形成された導電性セパレータ１４を巻き取り部２８に巻き取る。

絶縁層の厚みは、噴霧部２６と乾燥部２７を繰返すことにより制御できる。

以上の工法により導電性セパレータ１４は、導電性セパレータ２１ａの各繊維表面全体に絶縁性樹脂溶液２６ａを連続的に塗布することにより、導電性セパレータ２１ａの片面に０．５〜１０μｍの厚みの絶縁層が形成され、安価で生産性に優れた導電性セパレータを得ることができる。

なお、本実施の形態の導電性セパレータ１４の製造工程では、絶縁層を形成する絶縁性樹脂溶液として、変性ポリエステルエマルジョン（固形分１０〜３５％）を使用したが、樹脂材料はポリフェニレンサルファイド・ポリイミド・ポリアミドイミド等の高耐圧樹脂または、ＵＶ硬化性樹脂を用いてもよい。

また、電解コンデンサの製品において、定格電圧が５０Ｖ以下の製品には、噴霧部２６が変性ポリエステルエマルジョン２０ｗｔ％水溶液にポリエチレンオキシチオフェンのポリスチレンスルホン酸塩１．３ｗｔ％水溶液を１０〜５０％混ぜることにより、絶縁抵抗のレベルが上がるので、絶縁層が形成された導電性セパレータ１４を用いた電解コンデンサのＥＳＲを下げることができる。

ここで、導電性セパレータ２１ａの電導度を高くすると、絶縁破壊が生じにくいので、絶縁層の抵抗値は導電性セパレータ２１ａの５倍以上が好ましい。

また、絶縁性樹脂溶液２６ａを導電性セパレータ２１ａに噴霧部２６で噴霧したが、噴霧部２６の代わりに転写ローラーを用いて粘度の高い絶縁性樹脂溶液を導電性セパレータ２１ａに転写して連続的に塗布してもよい。

また、セパレータ２１の外表面に導電性高分子を付着させることにより導電性セパレータ２１ａを作製する重合を気相重合による構成で説明したが、これに限定されるものではなく、電解重合や化学重合を用いても同様の効果が得られるものである。

以下、具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
上記実施の形態において、陽極リードを接続した陽極箔と陰極リードを接続した陰極箔との間にポリパラフェニレンテレフタアミドからなる不織布のセパレータ外表面に導電性高分子を付着させた後、セパレータの片面に変形ポリエステルエマルジョンを主成分とするポリフェニレンサルファイドの高耐圧樹脂を導電性セパレータの片面に厚さ５μｍ形成させた導電性セパレータを介在させて巻回することにより構成した巻回形のコンデンサ素子に、駆動用電解液としてγ−ブチロラクトンを溶媒とし、モノ（トリエチルアミン）−フタル酸塩、ｐ−ニトロ安息香酸、モノブチル燐酸エステルとから構成したものを有底筒状のアルミ製の金属ケース内に挿入させ、このコンデンサ素子に封口体を挿通した後、金属ケースの開口部をカーリング及び周面を絞り処理により封止することにより２５Ｖ２２μＦの巻回形電解コンデンサを作製した。

（実施例２）
上記実施の形態において、導電性セパレータの両面に厚さ５μｍの絶縁層を設けた以外は実施例１と同様に作成した。

（実施例３）
上記実施の形態において、導電性セパレータがマニラ麻、レーヨンの混合セルロース系セパレータ以外は実施例１と同様に作成した。

（実施例４）
上記実施の形態において、導電性セパレータがマニラ麻、レーヨンの混合セルロース系セパレータで、両面に１０μｍの絶縁層を設けた以外は実施例１と同様に作成した。

（実施例５）
上記実施の形態において、絶縁層の樹脂がエポキシ樹脂以外は実施例１と同様に作成した。

（実施例６）
上記実施の形態において、絶縁層の樹脂がエポキシ樹脂で導電性セパレータの両面に厚さ１０μｍの絶縁層を設けた以外は実施例１と同様に作成した。

（実施例７）
上記実施の形態において、絶縁層の樹脂がＵＶ硬化性樹脂以外は実施例１と同様に作成した。

（実施例８）
上記実施の形態において、絶縁層の樹脂がＵＶ硬化性樹脂で導電性セパレータの両面に厚さ１０μｍの絶縁層を設けた以外は実施例１と同様に作成した。

以上のように、作成された実施例１〜８と比較例として現行の製品について、初期特性（容量（１００ｋΩ）、漏れ電流（定格電圧２５Ｖ印加後２分値）、ショート発生（不良）数）と劣化（１０５℃１０００時間）後の特性（容量（１００ｋΩ）、漏れ電流（定格電圧２５Ｖ印加後２分値）、ショート発生（不良）数）を比較した結果を（表１）に示す。

なお、試験個数はいずれも１０個で行った。

（表１）より明らかなように、実施例１〜８のように絶縁層を形成した導電性セパレータを使用して作製した巻回形電解コンデンサは、比較例に比べて、ショート発生がないので著しく改善することができる。

本発明による導電性セパレータの製造方法は、導電性セパレータを用いてもショートしにくくかつ、低ＥＳＲの電解コンデンサを提供できるとともに、電解コンデンサの高耐電圧化を実現できるという格別の効果を有し、１０Ｖ以上の定格電圧の電解コンデンサ用途に最適である。

本実施の形態における巻回形の電解コンデンサの構成を示した一部切欠き図本実施の形態の電解コンデンサにおける導電性セパレータの製造工程の構成を示した概念図

符号の説明

１１コンデンサ素子
１２陽極箔
１３陰極箔
１４導電性セパレータ
１５駆動用電解液
１６陽極リード線
１７陰極リード線
１８封口体
１９金属ケース

Claims

外部引き出し用の陽極リード線と陰極リード線が夫々接続された陽極箔と陰極箔とをその間にセパレータを介在させて巻回することにより形成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収納した有底筒状の金属ケースと、上記一対のリード線が挿通される孔を備えて上記金属ケースの開放端を封止した封口体からなる電解コンデンサにおいて、上記セパレータが導電性セパレータであって導電性セパレータの少なくとも一方に絶縁層を形成した電解コンデンサ。
上記導電性セパレータが、マニラ麻、クラフト紙、レーヨン、ヘプン、スパルトなどのセルロース系セパレータ繊維、ポリパラフェニレンテレフラアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ナイロン、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミドからなる不織布の少なくとも１種を用いた請求項１に記載の電解コンデンサ。
上記導電性セパレータに形成された絶縁層が、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、ＵＶ硬化性樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、またはポリアミドイミドの高耐熱樹脂絶縁層を用いた請求項１に記載の電解コンデンサ。
外部引き出し用の陽極リード線と陰極リード線が夫々接続された陽極箔と陰極箔とをその間に導電性セパレータを介在させて巻回し、かつ駆動用電解液と共に有底筒状の金属ケースに内蔵し、前記夫々一対のリード線を挿通する孔を備えた封口体に挿通し、上記金属ケースの開口部を封止した電解コンデンサの製造方法において、上記導電性セパレータが、帯状のセパレータに導電性高分子を付着させる重合工程と、前記セパレータの外表面に付着した導電性高分子の余剰成分を除去する洗浄工程と、前記導電性高分子を除去したセパレータを乾燥する乾燥工程と、前記導電性高分子が付着したセパレータに絶縁層を塗布または噴霧により形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層を形成したセパレータを乾燥する乾燥工程とを備えた電解コンデンサの製造方法。
前記導電性セパレータの絶縁層の抵抗が、導電体部分の５倍以上の抵抗を有する高抵抗体で形成されたことを特徴とする請求項４に記載の電解コンデンサの製造方法。