JP2008078687A - Electrolytic solution for electrolytic capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解コンデンサ用電解液に関し、更に詳しくは中高圧用の電解液に関するものである。 The present invention relates to an electrolytic solution for electrolytic capacitors, and more particularly to an electrolytic solution for medium to high pressure.
電解コンデンサ用電解液は、アルミニウムまたはタンタルなどの表面に絶縁性の酸化皮膜が形成された弁金属を陽極電極に使用し、前記酸化皮膜層を誘電体とし、この酸化皮膜層の表面に電解質層となる電解液を接触させ、さらに通常陰極と称する集電用の電極を配置して構成されている。 The electrolytic solution for the electrolytic capacitor uses a valve metal having an insulating oxide film formed on the surface of aluminum or tantalum as an anode electrode, and the oxide film layer is a dielectric, and an electrolyte layer is formed on the surface of the oxide film layer. And an electrode for current collection, usually called a cathode, is arranged.
電解コンデンサ用電解液は、上述のように誘電体層に直接に接触し、真の陰極として作用する。即ち、電解液は電解コンデンサの誘電体と集電陰極との間に介在して、電解液の抵抗分が電解コンデンサに直列に挿入されていることになる。故に、その電解液の特性が電解コンデンサ特性を左右する大きな要因となる。 The electrolytic solution for electrolytic capacitors directly contacts the dielectric layer as described above and acts as a true cathode. That is, the electrolytic solution is interposed between the dielectric of the electrolytic capacitor and the current collecting cathode, and the resistance component of the electrolytic solution is inserted in series with the electrolytic capacitor. Therefore, the characteristics of the electrolytic solution are a major factor that affects the characteristics of the electrolytic capacitor.
電解コンデンサの従来技術においては、中高圧用の電解液として、火花電圧が比較的高く得られることから、エチレングリコールからなる溶媒にほう酸またはほう酸アンモニウムを溶質として溶解した電解液が用いられていた。しかしながら、このような電解液においては、電導率が低く、さらにエチレングリコールとほう酸のエステル化により多量の水が生成するため、100℃以上では水の蒸発によって内圧が上昇し、また電極であるアルミニウムと反応しやすくなるという問題も発生し、高温での使用に適さなかった。 In the prior art of electrolytic capacitors, an electrolytic solution in which boric acid or ammonium borate is dissolved as a solute in a solvent made of ethylene glycol has been used because a spark voltage is relatively high as an electrolytic solution for medium and high pressures. However, in such an electrolytic solution, since the electrical conductivity is low, and a large amount of water is produced by esterification of ethylene glycol and boric acid, the internal pressure increases due to evaporation of water at 100 ° C. or higher, and aluminum that is an electrode The problem of being easy to react with the liquid also occurred, and it was not suitable for use at high temperatures.
このような欠点を解決するために、セバシン酸、やアゼライン酸等の有機ジカルボン酸が用いられることもあるが、これらは溶解性が低いため、低温において結晶が析出しやすくコンデンサの低温特性を劣化させるという欠点を免れ得なかった。さらに、ブチルオクタン二酸を溶質として用いる例(特許文献1)や5,6−デカンジカルボン酸を溶質として用いた例(特許文献2)がある。これらの二塩基酸あるいはその塩を用いた電解液では、火花電圧および電導度が高く、しかもエステル化が非常に遅く水の生成が少ないので高温での安定性を得ることができる。
しかしながら、近年、スイッチング電源を使用した電子機器が一般家庭で汎用されるようになり、アルミ電解コンデンサの安全性に対する要求が高まっている。すなわち、スイッチング電源の一次側に使われるアルミ電解コンデンサには、供給電力の不安定さによって過電圧が印加される場合があり、その際には、コンデンサが破壊し、発火、燃焼という事態が発生するようなことがあり、このような事態を防止する安全対策が図られている。この電解コンデンサの安全性を向上させるために、電解コンデンサ用電解液の火花電圧をさらに向上させて、電解コンデンサの過電圧特性を向上させることが望まれている。 However, in recent years, electronic devices using a switching power supply have been widely used in general households, and the demand for safety of aluminum electrolytic capacitors has increased. In other words, an overvoltage may be applied to the aluminum electrolytic capacitor used on the primary side of the switching power supply due to the instability of the supplied power. In this case, the capacitor is destroyed, and a situation of ignition and combustion occurs. In some cases, safety measures are in place to prevent this situation. In order to improve the safety of this electrolytic capacitor, it is desired to further improve the spark voltage of the electrolytic solution for the electrolytic capacitor to improve the overvoltage characteristics of the electrolytic capacitor.
本発明は、火花電圧および電導度が高く、さらに、漏れ電流特性、寿命特性の良好な中高圧用の電解液を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an electrolyte solution for medium and high pressures that has a high spark voltage and electrical conductivity, and also has good leakage current characteristics and life characteristics.
上記課題を解決するため第一の発明の電解コンデンサ用電解液は、エチレングリコールを主体とする溶媒中に、3−ドデシルアジピン酸 またはその塩を溶解し、硼酸及び、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、マンニット、ソルビット、ズリシット、1,3−ブタンジオール、ポリビニルアルコールのうちの1種または2種以上を添加することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an electrolytic solution for an electrolytic capacitor according to a first invention is obtained by dissolving 3-dodecyladipic acid or a salt thereof in a solvent mainly composed of ethylene glycol, boric acid, propylene glycol, glycerin, pentaerythritol. In addition, one or more of mannit, sorbit, zurichite, 1,3-butanediol, and polyvinyl alcohol are added.
さらに、前記電解液に、1,6−デカンジカルボン酸、5,6−デカンジカルボン酸、1,7−オクタンジカルボン酸、7−メチル−7−メトキシカルボニル−1,9−デカンジカルボン酸、安息香酸、セバシン酸、アゼライン酸、アジピン酸または、これらの塩のうち1種または2種以上を添加することを特徴とする。 Furthermore, 1,6-decanedicarboxylic acid, 5,6-decanedicarboxylic acid, 1,7-octanedicarboxylic acid, 7-methyl-7-methoxycarbonyl-1,9-decanedicarboxylic acid, benzoic acid were added to the electrolyte solution. In addition, one or more of sebacic acid, azelaic acid, adipic acid or salts thereof are added.
以上のように、本発明の電解コンデンサ用電解液は、エチレングリコールを主体とする溶媒中に、3−ドデシルアジピン酸またはその塩を溶解し、硼酸 及び、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、マンニット、ソルビット、ズリシット、1,3−ブタンジオール、ポリビニルアルコールのうちの1種または2種以上を添加する。このことによって、火花電圧は向上し、電解コンデンサの過電圧特性は向上する。 As described above, the electrolytic solution for an electrolytic capacitor of the present invention dissolves 3-dodecyladipic acid or a salt thereof in a solvent mainly composed of ethylene glycol, boric acid, propylene glycol, glycerin, pentaerythritol, mannitol. , Sorbit, Zursisite, 1,3-butanediol, or one or more of polyvinyl alcohol is added. This improves the spark voltage and improves the overvoltage characteristics of the electrolytic capacitor.
さらに、前記電解液に、1,6−デカンジカルボン酸、5,6−デカンジカルボン酸、1,7−オクタンジカルボン酸、7−メチル−7−メトキシカルボニル−1,9−デカンジカルボン酸、安息香酸、セバシン酸、アゼライン酸、アジピン酸または、これらの塩のうち1種または2種以上を添加することによって、火花電圧、電導度が高く、さらに、化成性の良好な電解液が得られ、電解コンデンサの過電圧性能がさらに向上する。 Furthermore, 1,6-decanedicarboxylic acid, 5,6-decanedicarboxylic acid, 1,7-octanedicarboxylic acid, 7-methyl-7-methoxycarbonyl-1,9-decanedicarboxylic acid, benzoic acid were added to the electrolyte solution. By adding one or more of sebacic acid, azelaic acid, adipic acid or salts thereof, an electrolytic solution having a high spark voltage and high electrical conductivity and a good chemical property can be obtained. The overvoltage performance of the capacitor is further improved.
一般に、電解コンデンサの電解液に用いられる有機カルボン酸の炭素数が大きくなると、一定濃度に対しては火花電圧は大きくなるが、それに伴って溶解性も小さくなるので、濃度を高めて電導度を高めることができなくなる。しかしながら、3-ドデシルアジピン酸は総炭素数が18と従来の有機カルボン酸よりも炭素数が大きいにも拘わらずエチレングリコールに対する溶解度が高いので、高電導度で高火花電圧の電解液が実現できる。その反面、化成性は劣るので、陽極酸化皮膜の劣化修復時に発熱が大きく、結果としてコンデンサの特性を長時間安定に維持できなくなる欠点がある。 In general, as the carbon number of the organic carboxylic acid used in the electrolytic solution of the electrolytic capacitor increases, the spark voltage increases for a certain concentration, but the solubility decreases accordingly, so the conductivity is increased by increasing the concentration. It cannot be raised. However, although 3-dodecyl adipic acid has a total carbon number of 18 and a higher carbon number than conventional organic carboxylic acids, it has a high solubility in ethylene glycol, so an electrolyte with high conductivity and high spark voltage can be realized. . On the other hand, since the chemical conversion is inferior, there is a drawback that heat generation is large when repairing the deterioration of the anodized film, and as a result, the characteristics of the capacitor cannot be stably maintained for a long time.
しかしながら、本発明のように、3−ドデシルアジピン酸またはその塩を溶解した電解液に、硼酸及び、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、マンニット、ソルビット、ズリシット、1,3−ブタンジオール、ポリビニルアルコールの1種又は2種以上を添加することにより、火花電圧を向上させることができる。このことによって、さらに、コンデンサに過電圧が印加された際の安全性を向上することができる。 However, as in the present invention, boric acid and propylene glycol, glycerin, pentaerythritol, mannitol, sorbit, zulsisite, 1,3-butanediol, polyvinyl alcohol are dissolved in an electrolytic solution in which 3-dodecyladipic acid or a salt thereof is dissolved. The spark voltage can be improved by adding one or more of the above. This further improves the safety when an overvoltage is applied to the capacitor.
さらに、1,6−デカンジカルボン酸、5,6−デカンジカルボン酸、1,7−オクタンジカルボン酸、7−メチル−7−メトキシカルボニル−1,9−デカンジカルボン酸、安息香酸、セバシン酸、アゼライン酸、アジピン酸または、これらの塩のうち1種または2種以上を併用することにより電解液の化成性が向上し、長時間安定な特性を有するコンデンサを得ることができる。また、これらのカルボン酸の濃度を増加させることによって、電導度を向上させることができる。 Further, 1,6-decanedicarboxylic acid, 5,6-decanedicarboxylic acid, 1,7-octanedicarboxylic acid, 7-methyl-7-methoxycarbonyl-1,9-decanedicarboxylic acid, benzoic acid, sebacic acid, azelain By using one or more of acid, adipic acid, or salts thereof in combination, the chemical conversion of the electrolytic solution is improved, and a capacitor having stable characteristics for a long time can be obtained. Further, the conductivity can be improved by increasing the concentration of these carboxylic acids.
硼酸 の添加濃度は、0.1〜30重量%、好適には1〜10重量%、プロピレングリコール等の濃度は、0.1〜20重量%、好適には1〜10%、この範囲未満では効果が小さく、これを越えると電導度が低下する。 The addition concentration of boric acid is 0.1 to 30% by weight, preferably 1 to 10% by weight, and the concentration of propylene glycol and the like is 0.1 to 20% by weight, preferably 1 to 10%. The effect is small, and if it exceeds this, the conductivity will decrease.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
(表1)〜(表3)は、電解液の実施例及び比較例の電解コンデンサ用電解液の組成、火花電圧および電導度を示したものである。 (Table 1) to (Table 3) show the composition, spark voltage, and conductivity of the electrolytic solutions for electrolytic capacitors of Examples and Comparative Examples of the electrolytic solution.
(表1)〜(表3)から明らかなように、実施例では、比較例に比べて、火花電圧が向上している。
As is clear from (Table 1) to (Table 3), the spark voltage is improved in the example as compared with the comparative example.
Claims (2)
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