JP2008098494A - Aluminum electrolytic capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特にインピーダンス特性、耐ショート不良率、高耐熱性等を向上させるとともに、長寿命の高信頼性を実現できるアルミ電解コンデンサに関するものである。 The present invention relates to an aluminum electrolytic capacitor that can improve impedance characteristics, short-circuit failure rate, high heat resistance, etc., and can achieve long life and high reliability.
一般にアルミ電解コンデンサは、陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて巻付け形成してコンデンサ素子を作成し、このコンデンサ素子を液状の駆動用電解液中に浸漬して電解質としての駆動用電解液を含浸させ、この駆動用電解液を含浸させたコンデンサ素子を有底筒状の金属ケースに収容し、この金属ケースの開口部を封口して製作している。 In general, an aluminum electrolytic capacitor is formed by winding a separator between an anode foil and a cathode foil to create a capacitor element, and the capacitor element is immersed in a liquid driving electrolyte to drive as an electrolyte. The capacitor element impregnated with the electrolytic solution for driving, the capacitor element impregnated with the driving electrolytic solution is accommodated in a bottomed cylindrical metal case, and the opening of the metal case is sealed.
前記駆動用電解液としては通常エチレングリコール(EG)、ジメチルホルムアミド(DMF)又はγ−ブチロラクトン(GBL)等を溶媒とし、これらの溶媒に硼酸やアジピン酸アンモニウム、マレイン酸水素アンモニウム等の有機酸塩を溶解したものを用いてコンデンサ素子の両端から浸透させて製作している。 As the driving electrolyte, ethylene glycol (EG), dimethylformamide (DMF), or γ-butyrolactone (GBL) is usually used as a solvent, and organic acids such as boric acid, ammonium adipate, and ammonium hydrogen maleate are used as these solvents. It is manufactured by infiltrating from both ends of the capacitor element using a melted material.
このようなアルミ電解コンデンサのインピーダンスを低減させるために、電解液においてはγ−ブチロラクトンを溶媒とし、フタル酸やマレイン酸の4級アンモニウム塩を電解質とする駆動用電解液やエチレングリコールと水を溶媒とした駆動用電解液とする高電気伝導度で高温安定な駆動用電解液が用いられている(例えば特許文献1、特許文献2を参照)。 In order to reduce the impedance of such an aluminum electrolytic capacitor, in the electrolytic solution, γ-butyrolactone is used as a solvent, and a driving electrolytic solution containing quaternary ammonium salt of phthalic acid or maleic acid as an electrolyte, or ethylene glycol and water as a solvent. A driving electrolyte solution having high electrical conductivity and stable at a high temperature is used as the driving electrolyte solution (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
一方セパレータにおいては、アルミ電解コンデンサのインピーダンス特性を良くするためにセパレータ原料の改善が図られているが、セパレータを薄くしたり密度を低くすると必然的に引張強さが低下してショート不良率が増大し、仮にショートしなかった場合でも製品化されて市場に出回った後のショート不良率が高くなるという難点がある。 On the other hand, separator materials have been improved to improve the impedance characteristics of aluminum electrolytic capacitors. However, if the separator is thinned or the density is reduced, the tensile strength is inevitably lowered, resulting in a short-circuit defect rate. Even if the short circuit does not occur, there is a problem that the short defect rate after being commercialized and marketed becomes high.
そこで、セパレータによるショート不良率を下げるためにはセパレータの厚さを厚くしたり、密度を高くしたり、同密度の場合にはその原料であるパルプの叩解の程度を示すJIS P 8121によるCSF(Canadian Standard Freeness)の数値を小さくすることによりパルプの繊維がフィブリル化して細かくなり、得られるセパレータが緻密となり、引張強さが増大してショート不良率が改善されることが知られている。しかし、これらの項目の等価直列抵抗(以下、ESRと称す)に与える影響はセパレータを厚くすると一次式的にESRが悪化し、密度を高めると二次式的にESRが悪化することが判明している。即ちESRを改善するには、ショート不良率の改善とは逆にセパレータを薄く、その密度を低くする必要がある。 Therefore, in order to reduce the short-circuit defect rate due to the separator, the thickness of the separator is increased, the density is increased, or in the case of the same density, the CSF (JIS P 8121) indicating the degree of beating of the raw material pulp. It is known that by reducing the value of (Canadian Standard Freeness), the fibers of the pulp become fibrillated and become finer, the resulting separator becomes dense, the tensile strength increases, and the short-circuit defect rate is improved. However, it has been found that the effect of these items on the equivalent series resistance (hereinafter referred to as ESR) is that the thicker the separator, the worse the ESR, and the higher the density, the quadratic, the ESR. ing. That is, in order to improve ESR, it is necessary to make the separator thinner and lower its density, contrary to the improvement of the short-circuit defect rate.
そのため、ショート不良率の改善とESRの改善という双方の目的を達成するために、前記したようにセパレータの原料を通常の木材クラフトパルプから針葉樹木材パルプ、マニラ麻パルプ、エスパルトパルプ等の繊維径のより小さなパルプへ変更することによって、薄く、かつ、低密度で緻密なセパレータを製造する試みがなされている(例えば、特許文献3を参照)。
前記アルミ電解コンデンサにおいて、電解液としてγ−ブチロラクトン溶媒にフタル酸やマレイン酸の4級アンモニウム塩を溶解した駆動用電解液を用いたものは、湿度の高い雰囲気下で連続通電使用した場合、陰極部で強アルカリ成分が生成し、特に陰極リードやそれに接する封口体を侵食することによりコンデンサ外部へ駆動用電解液が漏出するといった可能性のあるものであった。 In the above aluminum electrolytic capacitor, a driving electrolytic solution in which a quaternary ammonium salt of phthalic acid or maleic acid is dissolved in a γ-butyrolactone solvent as an electrolytic solution is used as a cathode when continuously energized in a humid atmosphere. A strong alkali component was generated at the portion, and in particular, there was a possibility that the driving electrolyte leaked out of the capacitor by eroding the cathode lead and the sealing body in contact with the cathode lead.
また、γ−ブチロラクトン溶媒を用いた駆動用電解液は100℃前後の引火点を有するため、電子機器の異常動作等によりアルミニウム電解コンデンサに異常電圧や逆電圧が印加されて安全弁が作動し、万一駆動用電解液が噴出した際にも発火の可能性がないとは言い切れなかった。 In addition, since the driving electrolyte using γ-butyrolactone solvent has a flash point of around 100 ° C., an abnormal voltage or reverse voltage is applied to the aluminum electrolytic capacitor due to abnormal operation of the electronic equipment, and the safety valve is activated. It could not be said that there was no possibility of ignition when the electrolyte for one drive was ejected.
一方、溶媒にエチレングリコールと水の混合溶媒を用いた駆動用電解液は、インピーダンスの低減に効果はあるものの溶媒成分の1つである水の沸点(100℃)以上の温度において長期に電気性能を維持することが困難であり、例えば、温度110℃の定格電圧印加試験においてはアルミニウムと水との水和反応の結果生じる多量の水素ガスの影響による内圧上昇のために、1000時間以内に底面部の安全弁が作動したり、温度110℃の無負荷放置試験においては、1000時間以内に初期漏れ電流値に対する試験後の漏れ電流値の変化率が増大するなどの不具合が生じていた。 On the other hand, a driving electrolyte using a mixed solvent of ethylene glycol and water as a solvent is effective in reducing impedance, but has long-term electrical performance at a temperature higher than the boiling point of water (100 ° C.), which is one of the solvent components. For example, in a rated voltage application test at a temperature of 110 ° C., the internal pressure rises due to the influence of a large amount of hydrogen gas resulting from the hydration reaction between aluminum and water. In the no-load standing test at a temperature of 110 ° C., there were problems such as an increase in the rate of change of the leakage current value after the test with respect to the initial leakage current value within 1000 hours.
これらの問題を解決するため、陽極箔及び陰極箔と水との水和反応を抑制する目的で駆動用電解液に種々の燐系化合物を添加する方法や、発生した水素ガスを吸収する目的でガス吸収剤として種々のニトロ化合物を添加するなどの方法が提案されているが、これらの方法を用いても含水率が20%を越えるような高含水率の駆動用電解液を用いて、100℃以上の温度において長期にコンデンサの電気性能を維持することは困難であった(定格電圧が100Vを越えるような高圧級のコンデンサにおいては、誘電体である酸化皮膜が厚く強固であるために、含水率が20〜25%程度の電解液を用いれば、100℃以上の温度において1000〜2000時間程度は電気性能が安定な場合はあり得るが、定格電圧100V以下のコンデンサにおいては酸化皮膜が薄いために、これらの問題点は十分に解決されていない)。 In order to solve these problems, for the purpose of suppressing the hydration reaction between the anode foil and the cathode foil and water, a method of adding various phosphorus compounds to the driving electrolyte, and the purpose of absorbing the generated hydrogen gas Methods such as adding various nitro compounds as gas absorbents have been proposed. However, even when these methods are used, a driving electrolyte solution having a high water content such that the water content exceeds 20% is used. It was difficult to maintain the electrical performance of the capacitor for a long time at a temperature of ℃ or higher (in a high voltage capacitor whose rated voltage exceeds 100 V, the dielectric oxide film is thick and strong. If an electrolytic solution having a water content of about 20 to 25% is used, the electric performance may be stable for about 1000 to 2000 hours at a temperature of 100 ° C. or higher. There are due to the thin oxide film, these problems have not been satisfactorily resolved).
一方セパレータにおいては、低密度のセパレータを用いたとしても、このセパレータの引張強さが十分ではなく、コンデンサ素子の製造時及び該セパレータを必要な幅に裁断する際に紙切れが発生しやすくなるという難点が生じる。更に陽極箔と陰極箔間のショートとか耐電圧特性が劣化するという問題もある。 On the other hand, even if a low-density separator is used as the separator, the tensile strength of the separator is not sufficient, and it is likely that paper breakage is likely to occur during the manufacture of the capacitor element and when the separator is cut to a required width. Difficulties arise. Furthermore, there is a problem that the short circuit between the anode foil and the cathode foil or the withstand voltage characteristic deteriorates.
本発明は従来のアルミ電解コンデンサが有している課題を解消して、インピーダンスを低減するとともに長寿命のアルミ電解コンデンサを提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to solve the problems of conventional aluminum electrolytic capacitors and to provide an aluminum electrolytic capacitor having a long life while reducing impedance.
前記目的を達成するために、本発明は、表面に誘電体酸化皮膜を形成したアルミニウム箔に陽極リードを接続した陽極箔とアルミニウム箔に陰極リードを接続した陰極箔とをその間にセパレータを介在させて巻回したコンデンサ素子と、このコンデンサ素子に含浸された駆動用電解液と、この駆動用電解液が含浸されたコンデンサ素子を収容する有底の金属ケースと、この金属ケースの開口部を封口する封口体とを備え、前記駆動用電解液は、カルボン酸及び/又は無機酸からなる電解質と、有機溶媒と水の混合溶媒とからなるとともにpHを6.0〜8.5の範囲としてなり、前記セパレータは、セルロース系繊維からなり、このセルロース系繊維は、熱処理された紙力増強剤が結合されてなるアルミ電解コンデンサとするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides an anode foil having an anode lead connected to an aluminum foil having a dielectric oxide film formed on the surface and a cathode foil having a cathode lead connected to the aluminum foil. A wound capacitor element, a driving electrolyte impregnated in the capacitor element, a bottomed metal case for housing the capacitor element impregnated with the driving electrolyte, and an opening of the metal case is sealed The driving electrolyte solution comprises an electrolyte composed of a carboxylic acid and / or an inorganic acid, and a mixed solvent of an organic solvent and water, and has a pH in the range of 6.0 to 8.5. The separator is made of a cellulosic fiber, and the cellulosic fiber is an aluminum electrolytic capacitor to which a heat-treated paper strength enhancer is bonded.
本発明のアルミ電解コンデンサによれば、前記駆動用電解液を有機溶媒と水の混合溶媒と電解質とすることにより、インピーダンスを低減することができ、前記電解質をカルボン酸及び/または無機酸とし、駆動用電解液のpHを6.0〜8.5にすることにより、高温環境下で電解液のpHを中性領域で安定させ、陽極箔及び陰極箔に用いられるアルミニウムの溶解反応を抑制することを可能とし、その結果、アルミ電解コンデンサとして長寿命を実現することができる。 According to the aluminum electrolytic capacitor of the present invention, by using the driving electrolyte as a mixed solvent of an organic solvent and water and an electrolyte, impedance can be reduced, and the electrolyte is a carboxylic acid and / or an inorganic acid. By adjusting the pH of the driving electrolyte to 6.0 to 8.5, the pH of the electrolyte is stabilized in a neutral region under a high temperature environment, and the dissolution reaction of aluminum used in the anode foil and the cathode foil is suppressed. As a result, a long life can be realized as an aluminum electrolytic capacitor.
また、セパレータとしてセルロース系繊維に紙力増強剤を熱処理により結合させることにより、駆動用電解液の水に対して不溶の紙力増強剤とすることができ、セパレータの水による繊維間の膨潤やほぐれを防止することができ、その結果、アルミ電解コンデンサとして長寿命を実現することができる。 In addition, by combining a paper strength enhancer with a cellulose fiber as a separator by heat treatment, it can be made a paper strength enhancer that is insoluble in the water of the driving electrolyte solution. The loosening can be prevented, and as a result, a long life as an aluminum electrolytic capacitor can be realized.
以下、本発明におけるアルミ電解コンデンサの一実施の形態について説明する。図1は本発明におけるアルミ電解コンデンサの構造を示す一部切欠斜視図である。図1中の11は陽極箔、12は陰極箔、13はセパレータであり、陽極箔11はアルミニウム箔をエッチング処理によって実効表面積を拡大させた表面に化成処理によって誘電体酸化皮膜を形成してあり、陰極箔12はアルミニウム箔にエッチング処理により実効表面積を拡大させている。前記陽極箔11と陰極箔12とをセパレータ13を介して巻回することによりコンデンサ素子19が構成され、陽極箔11と陰極箔12に夫々陽極リード15と陰極リード16を接続し、駆動用電解液14を含浸させてアルミニウムからなる金属ケース18内に挿入してゴム等の封口体17で封止することによりアルミ電解コンデンサが構成されている。
Hereinafter, an embodiment of an aluminum electrolytic capacitor according to the present invention will be described. FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing the structure of an aluminum electrolytic capacitor according to the present invention. In FIG. 1, 11 is an anode foil, 12 is a cathode foil, 13 is a separator, and the
前記セパレータ13は、セルロース系繊維に紙力増強剤を熱処理により結合させたものからなる。また、セルロース系繊維に紙力増強剤及びシランカップリング剤を熱処理により結合させたものを用いることもできる。このセルロース系繊維としてはレーヨン、マニラ麻、クラフト、ヘンプ、エスパルトの少なくとも1種を含むもので、これらの繊維は見かけ上の繊維間隔が緻密であり、微細な貫通孔が多数個存在するため駆動用電解液14の伝導度を低下させることがなく、アルミ電解コンデンサの抵抗損失を小さくするとともに耐ショート不良率を高めることができる。
The
前記セルロース系繊維に紙力増強剤を熱処理により結合させることにより、特に紙力増強剤としてポリアクリルアミド樹脂を用いたものは、熱処理によりポリアクリルアミド樹脂がポリアクリルイミドに変化し、駆動用電解液14に対してより不溶になり、セパレータ13の膨潤やほぐれをさらに防止することができる。また、シランカップリング剤の熱処理によって縮合反応が起こり、セルロース系繊維と強固に結合するので、セパレータ13の水による繊維間の膨潤やほぐれを防止することができる。
When a paper strength enhancer is bonded to the cellulose fiber by heat treatment, particularly when a polyacrylamide resin is used as the paper strength enhancer, the polyacrylamide resin is changed to polyacrylimide by the heat treatment, and the driving
前記セルロース繊維に紙力増強剤及びシランカップリング剤を熱処理により結合させるには、紙力増強剤が付与されたセルロース系繊維を一度熱処理し、その後シランカップリング剤を付着させて乾燥し、再度熱処理を行って結合させる。または、紙力増強剤を付与させたセルロース系繊維にシランカップリング剤を付着させて乾燥し、その後熱処理を行って結合させてもよい。さらには、陽極箔11と陰極箔12との間にシランカップリング剤を付着して乾燥させたセパレータ系繊維を介在させてコンデンサ素子19を形成してから熱処理してもよい。
In order to bond the paper strength enhancer and the silane coupling agent to the cellulose fiber by heat treatment, the cellulose fiber provided with the paper strength enhancer is heat treated once, and then the silane coupling agent is adhered and dried, and then again. Bond by performing a heat treatment. Alternatively, a silane coupling agent may be attached to a cellulose fiber to which a paper strength enhancer has been applied and dried, followed by heat treatment for bonding. Furthermore, the
前記熱処理の温度は150〜300℃の範囲が好適であり、紙力増強剤の働きを損なわずに製品寿命を高めることができる。なお、熱処理の温度が150℃未満では紙力増強剤を駆動用電解液14の水に対して不溶にすることができない。また、熱処理温度が300℃を超えるとセパレータ13が炭化して繊維が焼け細り、セパレータ13の引張強さや密度が低下し、耐ショート不良率及び耐電圧性が低下する。
The temperature of the heat treatment is preferably in the range of 150 to 300 ° C., and the product life can be increased without impairing the function of the paper strength enhancer. In addition, if the temperature of heat processing is less than 150 degreeC, a paper strength enhancer cannot be made insoluble with respect to the water of the
前記紙力増強剤は、植物性ガム類、デンプン類、半合成高分子、合成高分子から選択される少なくとも1種からなるもので、特に合成高分子であるポリアクリルアミド樹脂は熱処理によりポリアクリルイミドに変化し、駆動用電解液14に対してより不溶になり、セパレータ13の膨潤やほぐれをさらに防止することができるので好ましい。
The paper strength enhancer is composed of at least one selected from vegetable gums, starches, semi-synthetic polymers, and synthetic polymers. In particular, the polyacrylamide resin, which is a synthetic polymer, is subjected to heat treatment to polyacrylimide. This is preferable because it is more insoluble in the driving
前記シランカップリング剤としては、アミノシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等が挙げられる。 Examples of the silane coupling agent include aminosilane, γ- (2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, vinyltri And methoxysilane.
前記セパレータ13の坪量は10〜60g/m2のものを用いる。この範囲のセパレータ13を用いることによって得られたアルミ電解コンデンサ内のセパレータ13の占める抵抗分を下げることができるため、ESR特性と低インピーダンス化に対して効果がある。この坪量とはセパレータ13の面積が1平方メートル(m2)当たりの質量をグラム(g)で表した値である。
The
なお、セパレータ13の坪量が10g/m2の未満では、耐ショート不良率を改善することができず、坪量が60g/m2を超えると耐ショート不良率は良くなるもののその他のコンデンサ特性の向上を図ることができない。なお、より最適な坪量範囲は10〜40g/m2である。
If the basis weight of the
前記駆動用電解液14は、有機溶媒と水の混合溶媒に、電解質としてカルボン酸及び/又は無機酸を含み、駆動用電解液のpHを6.0〜8.5の範囲にしたものである。
The driving
前記有機溶媒としては、アルコール溶媒(エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、グリセリン、ポリオキシアルキレンポリオール等)、アミド溶媒(N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N−メチルピロジリノン等)、アルコール溶媒(メタノール、エタノール等)、エーテル溶媒(メチラール、1,2−ジメトキシエタン、1−エトキシ−2−メトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン等)、ニトリル溶媒(アセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル等)、フラン溶媒(2,5−ジメトキシテトラヒドロフラン等)、スルホラン溶媒(スルホラン、3−メチルスルホラン、2,4−ジメチルスルホラン等)、ラクトン溶媒(γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、3−メチル−1,3−オキサジリジン−2−オン、3−エチル−1,3−オキサゾリジン−2−オン等)、イミダゾリジノン溶媒(1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等)、ピロリドン溶媒の単独あるいは2種以上の併用が挙げられる。この中ではエチレングリコール、γ−ブチロラクトンを用いることが望ましい。また、水の含有量は、インピーダンスの観点から駆動用電解液14の20〜90重量%含むものが好適である。
Examples of the organic solvent include alcohol solvents (ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, glycerin, polyoxyalkylene polyol, etc.), amide solvents (N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N-methylacetamide). N-methylpyrrolidinone, etc.), alcohol solvents (methanol, ethanol, etc.), ether solvents (methylal, 1,2-dimethoxyethane, 1-ethoxy-2-methoxyethane, 1,2-diethoxyethane, etc.), Nitrile solvents (acetonitrile, 3-methoxypropionitrile, etc.), furan solvents (2,5-dimethoxytetrahydrofuran, etc.), sulfolane solvents (sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, etc.), lactone solvents (γ- Butyrolactone, γ- Valerolactone, δ-valerolactone, 3-methyl-1,3-oxaziridin-2-one, 3-ethyl-1,3-oxazolidine-2-one, etc.), imidazolidinone solvent (1,3-dimethyl-2) -Imidazolidinone, etc.), pyrrolidone solvents alone or in combination of two or more. Among these, it is desirable to use ethylene glycol and γ-butyrolactone. Moreover, what contains 20 to 90 weight% of the
前記電解質のカルボン酸は、蟻酸、酢酸、乳酸、グリコール酸、蓚酸、コハク酸、マロン酸、アジピン酸、安息香酸、サリチル酸、p−ニトロ安息香酸、グルタル酸、アゼライン酸、エチレンジアミン二酢酸、エチレンジアミン四酢酸、トリメチルアジピン酸、1,6−デカンジカルボン酸、1,7−オクタンジカルボン酸、ブタルオクタンジカルボン酸、セバシン酸より選ばれる一種以上の化合物であり、これらのカルボン酸を用いることでアルミニウムの酸化皮膜の修復性が向上し、水和劣化の抑制が可能となるという作用効果を有する。さらに、分子量の小さい酸と大きい酸を併用すれば、高電気伝導度化と高温安定化の両特性が優れた電解液を得ることが可能となる。 The electrolyte carboxylic acid is formic acid, acetic acid, lactic acid, glycolic acid, succinic acid, succinic acid, malonic acid, adipic acid, benzoic acid, salicylic acid, p-nitrobenzoic acid, glutaric acid, azelaic acid, ethylenediaminediacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid. It is one or more compounds selected from acetic acid, trimethyladipic acid, 1,6-decanedicarboxylic acid, 1,7-octanedicarboxylic acid, butaroctanedicarboxylic acid, and sebacic acid. By using these carboxylic acids, aluminum The repair effect of the oxide film is improved, and there is an effect that hydration deterioration can be suppressed. Furthermore, if an acid having a small molecular weight and a large acid are used in combination, it is possible to obtain an electrolytic solution excellent in both high electrical conductivity and high temperature stability.
また、無機酸は、燐酸、亜燐酸、次亜燐酸、硼酸、スルファミン酸より選ばれる一種以上の化合物であり、無機酸を用いることで高電気伝導度化と高温安定化の両特性が優れた電解液となるという作用効果を有する。 The inorganic acid is one or more compounds selected from phosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, boric acid, and sulfamic acid. By using the inorganic acid, both the properties of high electrical conductivity and high temperature stability are excellent. It has the effect of becoming an electrolytic solution.
カルボン酸、無機酸いずれの場合も、電解質の塩基成分としてアンモニウムを用いることができる。 In either case of carboxylic acid or inorganic acid, ammonium can be used as the base component of the electrolyte.
前記駆動用電解液14には必要により、種々の添加剤を混合しても良い。添加剤としては、リン系化合物[リン酸、リン酸エステルなど]ホウ酸系化合物[ホウ酸、ホウ酸と多糖類(マンニット、ソルビットなど)との錯化合物、ホウ酸と多価アルコール(エチレングリコール、グリセリンなど)]との錯化合物、ニトロ化合物[o−ニトロフェノール、m−ニトロフェノール、p−ニトロフェノールなど]が挙げられる。これら添加剤を加えることで駆動用電解液14の火花電圧が上昇し好ましい場合がある。
If necessary, various additives may be mixed in the driving
また、駆動用電解液14のpHは6.0〜8.5の範囲にすることにより、高温環境下で電解液のpHを中性領域で安定させ、陽極箔11及び陰極箔12に用いられるアルミニウムの溶解反応を抑制することを可能とするものである。
In addition, by setting the pH of the driving
ここで、pHが8.5を越える場合、アルカリによりアルミニウムの溶解反応が進行してしまい、pHが6.0未満では酸によりアルミニウムの溶解反応が進行してしまう。いずれの場合もアルミ電解コンデンサとして寿命が短くなってしまう。したがって、pHを6.0〜8.5にすることにより、特に高温環境下でアルミニウムの溶解反応を抑制することができ、その結果、長寿命のアルミ電解コンデンサを実現することができる。 Here, when the pH exceeds 8.5, the dissolution reaction of aluminum proceeds due to alkali, and when the pH is less than 6.0, the dissolution reaction of aluminum proceeds due to an acid. In either case, the life of the aluminum electrolytic capacitor is shortened. Therefore, by setting the pH to 6.0 to 8.5, it is possible to suppress the dissolution reaction of aluminum particularly in a high temperature environment, and as a result, it is possible to realize a long-life aluminum electrolytic capacitor.
前記駆動用電解液14のpH調整は、塩基性化合物を添加させることにより達成することができる。この塩基性化合物としてはヒドロキシアンモニウム、ジヒドロキシアンモニウム、メチルアミン、エチルアミン、エタノールアミン、ヒドロキシメチルアミノメタン、ジヒドロキシメチルアミノメタン、トリスヒドロキシメチルアミノメタン、トリスヒドロキシエチルアミノメタン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジエタノールアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウム、1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリニウム、1−メチルピリジニウムより選ばれる一種以上の化合物である。これにより、前記塩基性化合物はアンモニアよりも熱的に安定であるために高温での蒸散が少なく、駆動用電解液14のpHが酸性を呈することを抑制することができるという作用効果を有する。また、添加する量としては、駆動用電解液14に含まれる水素イオン濃度に応じて、30℃でのpHが6.0〜8.5に相当する範囲内で調整することが可能である。
The pH adjustment of the driving
以下、本一実施の形態について具体的な実施例を説明する。 Hereinafter, specific examples of the present embodiment will be described.
(実施例1)
エッチング処理により表面を粗面化した後に陽極酸化処理により誘電体酸化皮膜(化成電圧10V)を形成したアルミニウム箔からなる陽極箔と、アルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔とをセパレータを介在させて巻回することによってコンデンサ素子を作製した。
(Example 1)
An anode foil made of an aluminum foil having a dielectric oxide film (chemical conversion voltage 10 V) formed by roughening the surface by etching and then anodizing, and a cathode foil obtained by etching the aluminum foil are wound with a separator interposed therebetween. A capacitor element was produced by turning.
前記セパレータはレーヨンとヘンプで構成された紙からなる厚さ40μm、坪量20g/m2のセルロース系繊維にポリアクリルアミド樹脂希釈溶液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去し、乾燥後に150℃で5分間熱処理を行ったものを用いた。 The separator is made by impregnating cellulose fiber having a thickness of 40 μm and a basis weight of 20 g / m 2 made of paper composed of rayon and hemp with a polyacrylamide resin diluted solution, and removing excess polyacrylamide resin with a press roll, followed by drying. After that, heat-treated at 150 ° C. for 5 minutes was used.
得られたコンデンサ素子に(表1)に示す駆動用電解液(A)を減圧条件下(−700mmHg)で含浸した。 The obtained capacitor element was impregnated with the driving electrolyte (A) shown in (Table 1) under reduced pressure conditions (-700 mmHg).
次にコンデンサ素子を樹脂加硫ブチルゴムからなる封口体とともに有底筒状のアルミニウムケースに挿入した後、該アルミニウムケースの開口部をカーリング処理により封止し、最後に直流電圧6.3Vを雰囲気温度105℃で1時間連続的に印加することによりエージングを行い、直径10mm×高さ10mmサイズのアルミ電解コンデンサを作製した。なお、ブチルゴムからなる封口体は、ブチルゴムポリマー30部、カーボン20部、無機充填剤50部から構成され、封口体硬度が70IRHD(国際ゴム硬さ単位)のものを使用した。 Next, the capacitor element was inserted into a bottomed cylindrical aluminum case together with a sealing body made of resin vulcanized butyl rubber, the opening of the aluminum case was sealed by curling treatment, and finally a DC voltage of 6.3 V was applied to the ambient temperature. Aging was carried out by continuously applying at 105 ° C. for 1 hour to produce an aluminum electrolytic capacitor having a diameter of 10 mm and a height of 10 mm. The sealing body made of butyl rubber was composed of 30 parts of butyl rubber polymer, 20 parts of carbon, and 50 parts of an inorganic filler, and had a sealing body hardness of 70 IRHD (international rubber hardness unit).
(実施例2)
前記実施例1において、駆動用電解液(A)に代えて(表1)の駆動用電解液(B)を用いた以外は前記実施例1と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。
(Example 2)
In Example 1, an aluminum electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the driving electrolytic solution (B) shown in Table 1 was used instead of the driving electrolytic solution (A).
(実施例3)
前記実施例1において、駆動用電解液(A)に代えて(表1)の駆動用電解液(C)を用いた以外は前記実施例1と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。
(Example 3)
In Example 1, an aluminum electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the driving electrolytic solution (C) shown in Table 1 was used instead of the driving electrolytic solution (A).
(実施例4)
前記実施例1において、駆動用電解液(A)に代えて(表1)の駆動用電解液(D)を用いた以外は前記実施例1と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。
Example 4
In Example 1, an aluminum electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the driving electrolytic solution (D) shown in Table 1 was used instead of the driving electrolytic solution (A).
(実施例5)
前記実施例1において、駆動用電解液(A)に代えて(表1)の駆動用電解液(E)を用いた以外は前記実施例1と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。
(Example 5)
In Example 1, an aluminum electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the driving electrolytic solution (E) in (Table 1) was used instead of the driving electrolytic solution (A).
(実施例6)
前記実施例1において、セルロース系繊維にポリアクリルアミド樹脂を結合させる熱処理温度を200℃で5分間行った以外は前記実施例1と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。
(Example 6)
An aluminum electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature for bonding the polyacrylamide resin to the cellulosic fiber was performed at 200 ° C. for 5 minutes.
(実施例7)
前記実施例1において、セルロース系繊維にポリアクリルアミド樹脂を結合させる熱処理温度を300℃で5分間行った以外は前記実施例1と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。
(Example 7)
An aluminum electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature for bonding the polyacrylamide resin to the cellulosic fiber was 300 ° C. for 5 minutes.
(実施例8)
前記実施例1において、セルロース系繊維にポリアクリルアミド樹脂希釈溶液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去し、乾燥後にセパレータ系繊維にシランカップリング剤としてビニルトリアセトキシシラン(東レ・ダウコーニング株式会社製SZ6300)を塗布し、乾燥後150℃で5分間熱処理を行った。それ以外は前記実施例1と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。
(Example 8)
In Example 1, the cellulose fiber was impregnated with a diluted polyacrylamide resin solution, the excess polyacrylamide resin was removed with a press roll, and after drying, the separator fiber was subjected to vinyltriacetoxysilane (Toray Dow) as a silane coupling agent. Corning Co., Ltd. SZ6300) was applied, and after drying, heat treatment was performed at 150 ° C. for 5 minutes. Otherwise, an aluminum electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1.
(実施例9)
前記実施例8において、熱処理温度を300℃で5分間行った以外は前記実施例8と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。
Example 9
In Example 8, an aluminum electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 8 except that the heat treatment temperature was 300 ° C. for 5 minutes.
(実施例10)
前記実施例1において、セルロース系繊維にポリアクリルアミド樹脂希釈溶液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去し、乾燥後150℃で5分間熱処理を行った。次に、このセパレータ系繊維にシランカップリング剤としてビニルトリアセトキシシラン(東レ・ダウコーニング株式会社製SZ6300)を塗布し、乾燥後150℃で5分間熱処理を行った。それ以外は前記実施例1と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。
(Example 10)
In Example 1, cellulosic fibers were impregnated with a diluted polyacrylamide resin solution, excess polyacrylamide resin was removed with a press roll, and after drying, heat treatment was performed at 150 ° C. for 5 minutes. Next, vinyl triacetoxysilane (SZ6300 manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) was applied to the separator fiber as a silane coupling agent, and was heat-treated at 150 ° C. for 5 minutes after drying. Otherwise, an aluminum electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1.
(実施例11)
前記実施例10において、熱処理温度を300℃で5分間行った以外は前記実施例10と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。
(Example 11)
In Example 10, an aluminum electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 10 except that the heat treatment temperature was 300 ° C. for 5 minutes.
(実施例12)
前記実施例1において、セルロース系繊維をマニラ麻とヘンプで構成された紙からなるものを用いた以外は前記実施例1と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。セパレータ基材の厚さは40μm、坪量は10g/m2とした。
(Example 12)
An aluminum electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that cellulose fibers were made of paper composed of Manila hemp and hemp. The thickness of the separator substrate was 40 μm, and the basis weight was 10 g / m 2 .
(実施例13)
前記実施例1において、セルロース系繊維をクラフトとエスパルとから構成された紙と、マニラ麻とヘンプとから構成された紙とからなる二重紙を用いた以外は前記実施例1と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。二重紙の厚さは70μm、坪量は60g/m2とした。
(Example 13)
In Example 1, aluminum was used in the same manner as in Example 1 except that the double-layered paper composed of paper composed of kraft and espal and paper composed of manila hemp and hemp was used. An electrolytic capacitor was produced. The thickness of the double paper was 70 μm and the basis weight was 60 g / m 2 .
(実施例14)
前記実施例1において、セパレータとしてレーヨンとヘンプで構成された紙からなる厚さ40μm、坪量20g/m2のセルロース系繊維にポリアクリルアミド樹脂希釈溶液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去し、乾燥を行い、さらにシランカップリング剤を付与して乾燥させたセパレータ基材を陽極箔と陰極箔との間に介在させてコンデンサ素子を形成し、その後コンデンサ素子を150℃で熱処理を行ったものを用いた以外は前記実施例1と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。
(Example 14)
In Example 1, a cellulose fiber having a thickness of 40 μm and a basis weight of 20 g / m 2 made of paper composed of rayon and hemp as a separator was impregnated with a polyacrylamide resin diluted solution, and an excess polyacrylamide resin was pressed with a press roll. The capacitor element is formed by interposing the separator substrate dried by applying a silane coupling agent between the anode foil and the cathode foil, and then heat-treating the capacitor element at 150 ° C. An aluminum electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the above-described one was used.
(比較例1)
前記実施例1において、駆動用電解液としてpH調整剤であるヒドロキシアンモニウムを添加しないものを用い、また、セパレータはレーヨンとヘンプで構成された紙からなる厚さ40μm、坪量20g/m2のセルロース系繊維にポリアクリルアミド樹脂希釈溶液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去し、乾燥(100℃)したセパレータ基材を用いた以外は前記実施例1と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。紙の厚さは40μm、坪量は20g/m2とした。
(Comparative Example 1)
In Example 1, a driving electrolyte solution without adding a pH-adjusting hydroxyammonium was used, and the separator was made of paper composed of rayon and hemp and had a thickness of 40 μm and a basis weight of 20 g / m 2 . Aluminum electrolytic capacitor in the same manner as in Example 1 except that a cellulose base fiber was impregnated with a diluted polyacrylamide resin solution, excess polyacrylamide resin was removed with a press roll, and a dried (100 ° C.) separator substrate was used. Was made. The paper thickness was 40 μm and the basis weight was 20 g / m 2 .
(比較例2)
前記実施例1において、セパレータとしてレーヨンとヘンプで構成された紙にポリアクリルアミド樹脂希釈液を含浸させ、プレスロールで余分のポリアクリルアミド樹脂を除去し、乾燥(100℃)したものを用いた以外は前記実施例1と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。紙の厚さは40μm、坪量は20g/m2とした。
(Comparative Example 2)
In Example 1, except that a paper composed of rayon and hemp was impregnated with a diluted polyacrylamide resin as a separator, excess polyacrylamide resin was removed with a press roll, and dried (100 ° C.). An aluminum electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1. The paper thickness was 40 μm and the basis weight was 20 g / m 2 .
(比較例3)
前記実施例1において、駆動用電解液(A)に代えて(表1)の駆動用電解液(F)を用いた以外は前記実施例1と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。
(Comparative Example 3)
In Example 1, an aluminum electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the driving electrolytic solution (F) shown in Table 1 was used instead of the driving electrolytic solution (A).
以上の実施例1〜14と比較例1〜3のアルミ電解コンデンサを各20個作製し、寿命試験を行った結果を(表2)に示す。なお、寿命試験の温度は105℃で負荷試験を行った。ESR特性は100kHzでの測定結果である。 (Table 2) shows the results of producing 20 aluminum electrolytic capacitors of Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 3 and conducting a life test. The load test was conducted at a temperature of 105 ° C. for the life test. The ESR characteristic is a measurement result at 100 kHz.
(表2)から明らかなように、本発明を適用した実施例1〜14のアルミ電解コンデンサは、セルロース系繊維にポリアクリルアミド樹脂の紙力増強剤、又は紙力増強剤とシランカップリング剤を形成した後に熱処理を行っているので、紙力増強剤であるポリアクリルアミド樹脂がイミドに変化し、さらに、シランカップリング剤を形成したものについては、シランカップリング剤の熱処理によって縮合反応が起こり、セルロース系繊維と強固に結合するので、駆動用電解液の水に対して不溶の紙力増強剤とすることができ、セパレータ繊維間の膨潤やほぐれを防止することができることから、有機溶媒と水からなる駆動用電解液を用いた電解コンデンサにおいて長寿命で高信頼性化を図ることができる。 As apparent from (Table 2), the aluminum electrolytic capacitors of Examples 1 to 14 to which the present invention was applied were obtained by adding a paper strength enhancer of polyacrylamide resin or a paper strength enhancer and a silane coupling agent to cellulosic fibers. Since the heat treatment is performed after the formation, the polyacrylamide resin, which is a paper strength enhancer, is changed to an imide, and further, for those formed with a silane coupling agent, a condensation reaction occurs due to the heat treatment of the silane coupling agent, Since it strongly binds to cellulosic fibers, it can be used as a paper strength enhancer that is insoluble in the water of the driving electrolyte, and can prevent swelling and loosening between separator fibers. In the electrolytic capacitor using the driving electrolyte solution, it is possible to achieve long life and high reliability.
また、実施例5のアルミ電解コンデンサは比較例3と比較して、駆動用電解液の水分の有無を比較したものであるが、105℃の負荷試験において明らかな特性値に差があることからもわかるように、本発明は駆動用電解液に水分を含有することで発揮されるものである。 In addition, the aluminum electrolytic capacitor of Example 5 is a comparison of the presence or absence of moisture in the driving electrolyte compared to Comparative Example 3, but there is a difference in the characteristic values that are apparent in the 105 ° C. load test. As can be seen, the present invention is exhibited by containing moisture in the driving electrolyte.
以上説明したように、本発明におけるアルミ電解コンデンサは、有機溶媒と水からなる駆動用電解液を用いてもセパレータが駆動用電解液に対してより不溶になり、セパレータの膨潤やほぐれをさらに防止することができることから、インピーダンス特性に優れ、長寿命で高信頼性の電解コンデンサとして有用である。 As described above, the aluminum electrolytic capacitor according to the present invention further prevents the separator from swelling and loosening even when a driving electrolytic solution composed of an organic solvent and water is used, so that the separator becomes more insoluble in the driving electrolytic solution. Therefore, it is useful as an electrolytic capacitor having excellent impedance characteristics, long life and high reliability.
11 陽極箔
12 陰極箔
13 セパレータ
14 駆動用電解液
15 陽極リード
16 陰極リード
17 封口体
18 金属ケース
19 コンデンサ素子
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