JP2008258228A - 電解コンデンサ用電極材 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来にない高い静電容量を有する電解コンデンサ用電極材を提供する。
【解決手段】 本発明の電解コンデンサ用電極材は、基材の表面に、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を形成してなる電解コンデンサ用電極材であって、弁金属粒子層の表面の放射率が０．４５〜０．７５、好ましくは０．５〜０．７であるので、弁金属粒子の粒径と粒子間の空隙分布の状態が最適な状態となり、従来にない高静電容量特性を有する電極材である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電解コンデンサ用電極材に関し、さらに詳しくは従来にない高静電容量特性を有する電解コンデンサ用電極材に関する。

近年、電子機器の小型化、高信頼性化に伴い、電解コンデンサに対する小型化、高容量化が強く要望されている。

電解コンデンサは、一般的には帯状の高純度のアルミニウム箔に、化学的あるいは電気化学的にエッチング処理を施して、アルミニウム箔表面を拡大させるとともに、このアルミニウム箔をアジピン酸アンモニウム水溶液等の化成液中にて化成処理して表面に酸化皮膜層を形成させた陽極電極箔と、エッチング処理のみを施した高純度のアルミニウム箔からなる陰極電極箔とを、マニラ紙等からなるセパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形成する。そして、このコンデンサ素子は、電解コンデンサ駆動用の電解液を含浸した後、アルミニウム等からなる有底筒状の外装ケースに収納する。外装ケースの開口部には弾性ゴムからなる封口体を装着し、絞り加工により外装ケースを密封している。

このようなアルミ電解コンデンサにおいて、その静電容量を高めるためには、エッチング箔の実効表面積を拡大し単位面積当たりの静電容量の向上を図っており、エッチング箔の実効表面積を拡大させるエッチング技術の開発が行われている。このようなエッチング技術としては、エッチング液の組成やエッチング時に印加する電流波形の開発が行われている。

ところで、近年、電子情報機器のデジタル化が進むのに伴い、このような電極箔を用いる電解コンデンサには小型で大容量かつ高周波領域でのインピーダンスの低いものが求められるようになってきている。特に、パーソナルコンピュータや携帯電話等の通信機器においては、搭載されるＣＰＵの演算速度の増大に伴い、コンデンサの静電容量をさらに増大させることが強く求められている。

従来、通信機器に用いられるコンデンサとしては、小型化の要求に応えるために、積層セラミックコンデンサ等が広く用いられてきた。しかしながら、これらのコンデンサでは近年の大容量化の要求に応えることはできない。そこで、低い等価直列抵抗値（ＥＳＲ値）を有し、かつ大きな静電容量を有すると共に十分に小型化できるコンデンサとして、電解コンデンサが用いられるようになっている。

そして、電解コンデンサ用電極箔として、電極箔のエッチングされていない部分、すなわち残芯部を厚くしてさらにＥＳＲを低減する試みがある（特許文献１、２）が、大容量化の要求は高く、従来の電極箔ではこの要求に答えることができない。（特許文献１、２）
また、エッチング層を圧下することによって、さらに静電容量を向上させる技術がある。（特許文献３）
特開２００５−２０３５２９号公報 特開２００５−２０３５３０号公報 特開平１０−１８９３９８号公報

ところで、このような電極箔を用いる電解コンデンサは車載用途に用いられるようになっている。車載用途では、車両への搭載スペースに限界があり、用いられる電子部品のスペースは限られている。しかしながら、車載用電子制御機器は多機能化しており、特に、エアバックは運転席から助手席、サイド、カーテンと数が増し、その作動のエネルギー源に用いられる電解コンデンサにはますます大きな静電容量が要求されている。

しかし、前述したように電解コンデンサの搭載スペースには限界があり、これまでと同一サイズでの大容量が求められており、運転席からカーテンまですべてをまかなうには、現在のエッチング技術による電極箔では対応することができないほどの静電容量が必要である。

そこで、本発明は従来のエッチング箔では達成することのできない静電容量が大きな電解コンデンサ用電極材を提供することをその目的とする。

本発明の電解コンデンサ用電極材は、基材の表面に、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を形成してなる電解コンデンサ用電極材であって、弁金属粒子層の表面の放射率が０．４５〜０．７５であることを特徴としている。この放射率の範囲外では、静電容量が低下する。

そして、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を空隙率20〜60％、比表面積30×10³〜400×10³cm²／cm³とし、前記弁金属粒子がその粒子径を少なくとも0.005〜0.1μmの範囲で所定の分布をもって混在して形成した電極材であって、従来の電極箔の数倍の静電容量を有している。

さらに、以上の電極材は、前記弁金属粒子の一次粒子が、その粒子径を少なくとも0.005〜0.1μmの範囲で所定の分布をもって混在している。粒径の小さい粒子によって静電容量は高くなり、粒径の大きい粒子によって空隙が確保できるので電解コンデンサを作成した後電解液との反応で生成される酸化皮膜による目詰まりを抑制することができる。

また、本発明の電解コンデンサ用電極材は、弁金属がアルミニウムであり、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層のAｌ／O組成比が2.0〜5.5であるので、静電容量の安定性を有することができ、さらにこの組成比の酸素の含有率によって弁金属粒子同士の接合性が向上する。

また、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を空隙率20〜60％、比表面積20×10³〜70×10³cm²／cm³とし、前記弁金属粒子が粒子径0.2μm以上のものを含んで形成した電解コンデンサ用電極材であって、従来の電極箔では実現できない静電容量を有している。

さらに、以上の電極材は、弁金属粒子層に粒子径が0.2μm以上の表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子を含んでいるので、弁金属粒子間に大きな空隙を設けることができる。したがって、陽極化成によって陽極酸化皮膜を形成した際に、酸化皮膜によって空隙が埋まってしまうというようなことが抑制され、高い静電容量を得ることができる。

また、本発明の電解コンデンサ用電極材は、弁金属がアルミニウムであり、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層のAｌ／O組成比が2.0〜125であるので、静電容量の安定性を有することができ、さらにこの組成比の酸素の含有率によって弁金属粒子同士の接合性が向上する。

本発明の電極材は、エッチング技術による電極箔では実現できない静電容量特性を有している。

以上のように、本発明の電解コンデンサ用電極材は、高い静電容量を有しているので、この電解コンデンサ用電極材を陰極に、またはこの電解コンデンサ用電極材を陽極酸化して陽極に用いることによって、従来にない高い静電容量を有する電解コンデンサを実現することができる。

本発明の電解コンデンサ用電極材は、基材の表面に蒸着によって表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を形成してなる電解コンデンサ用電極材であるが、弁金属粒子層の表面の放射率が０．４５〜０．７５、好ましくは０．５〜０．７である。本発明においては、酸化皮膜を有する弁金属粒子層の酸化皮膜が誘電体となって電解コンデンサ用電極材となるが、弁金属粒子の粒径と弁金属粒子の空隙の分布が静電容量に影響する。その弁金属粒子の粒径と弁金属粒子の空隙の分布の状態と放射率に相関がある。すなわち、粒子、空隙が小さいと放射率が大きくなる、つまり黒っぽくなる。粒子、空隙が大きいと放射率が大きくなる、つまり白っぽくなる。したがって、本発明の電極材において、最適な弁金属粒子の粒径と弁金属粒子の空隙の分布の状態の場合には、放射率が０．４５〜０．７５となり、高い静電容量を得ることができる。

本発明の電解コンデンサ用電極材は、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を有する電極材であって、弁金属粒子層の空隙率は、20〜60％、好ましくは25〜55％、さらに好ましくは30〜50％である。そして、比表面積は、30×10³〜400×10³cm²／cm³、好ましくは70×10³〜400×10³cm²／cm³、さらに好ましくは90×10³〜400×10³cm²／cm³である。

比表面積は本発明の電極材に静電容量を有する皮膜を形成し、同様の皮膜を形成したプレーン箔の静電容量と面積から算出する。また、空隙率は水銀圧入法で測定することができる。

また、前記電極材は、前記弁金属粒子の一次粒子が、その粒子径を少なくとも0.005〜0.1μmの範囲で所定の分布をもって混在している。このような小さな粒子によって高い静電容量が得られ、大きな粒子によって空隙が確保できるので電解コンデンサを作成した後電解液との反応で生成される酸化皮膜による目詰まりを抑制することができる。したがって、粒径の小さい粒子の数を多くすることによって、静電容量の大きな電極材が得られ、粒径の大きい粒子の数を多くすることによって静電容量の安定性を高めることができる。

また、前記電極材は、弁金属がアルミニウムであり、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層のAｌ／O組成比が2.0〜5.5である。Aｌ／O組成比は、ＧＤＳ分析によって測定、算出することができる。

前記電極材は、陰極として用いると好適であるが、陰極化成を施してもよい。さらに極低圧の陽極化成を施すことによって電解コンデンサ用陽極材として用いることもできる。化成方法は通常電解コンデンサ用アルミニウム箔の化成方法と同様の化成方法を用いることができる。

また、電解コンデンサ用電極材は、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を有する電極材であって、弁金属粒子層の空隙率は、20〜60％、好ましくは22〜58％、さらに好ましくは25〜55％である。そして、比表面積は、20×10³〜70×10³cm²／cm³、好ましくは30×10³〜60×10³cm²／cm³、さらに好ましくは35×10³〜55×10³cm²／cm³である。

また、前記電極材は、弁金属粒子層に粒子径が0.2μm以上の表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子を含んでいるので、弁金属粒子間に大きな空隙を設けることができる。したがって、陽極化成によって陽極酸化皮膜を形成した際に、酸化皮膜によって空隙が埋まってしまうというようなことが抑制され、高い静電容量を得ることができる。

また、前記電極材は、弁金属がアルミニウムであり、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層のAｌ／O組成比が2.0〜125であるので、静電容量の安定性を有することができ、さらにこの組成比の酸素の含有率によって弁金属粒子同士の接合性が向上する。

前記電極材は、陽極化成を施すことによって電解コンデンサ用陽極材として用いると好適である。化成方法は通常電解コンデンサ用アルミニウム箔の化成方法と同様の化成方法を用いることができる。

以上のような電極材は、通常の蒸着法によって得ることができる。表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を形成するには、酸素を含む不活性ガス雰囲気内で蒸着を行う。不活性ガスとしては、アルゴン、窒素等を用いることができる。不活性ガスの圧力は０．０５〜０．８Ｐａ、酸素分圧は不活性ガスの圧力の１／１０以下が好ましい。

以下に実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

（実施例１）
０．１Ｐａの圧力の窒素と窒素の圧力の１／１０以下の圧力の酸素雰囲気内で、９９．８ｗｔ％のアルミニウムシートにアルミニウムを蒸着して、本発明の電極材を作成した。この際に電極材の放射率が０．７０、０．４０、０．８５の電極材を作成したが、それぞれの静電容量は、５００μＦ／ｃｍ^３、１２０μＦ／ｃｍ^３、３６μＦ／ｃｍ^３であった。また、塩酸、硫酸、硝酸の混合液を電解液に用い、周波数５０Ｈｚ以下、電流密度を１Ａ／ｃｍ2以下の交流電流を９９．８ｗｔ％のアルミニウムシートに印加してエッチング処理を行いエッチング箔を作成した。この電極材の放射率は０．２７、静電容量は１８０μＦ／ｃｍ^３であった。なお、放射率が０．７０の電極材の空隙率は４５％、比表面積は２．３×１０^５ｃｍ^２／ｃｍ^３であった。

（実施例２）
０．３Ｐａの圧力の窒素と窒素の圧力の１／１０以下の圧力の酸素雰囲気内で、９９．８ｗｔ％のアルミニウムシートにアルミニウムを蒸着して、本発明の電極材を作成した。この際に電極材の放射率が０．７０、０．４０、０．８５の電極材を作成した。その後、アジピン酸アンモニウム水溶液中で２０Ｖ電圧印加によって陽極化成を行った。また、塩酸、硫酸、硝酸の混合液を電解液に用い、周波数２０Ｈｚ以下、電流密度を１Ａ／ｃｍ2以下の交流電流を９９．８ｗｔ％のアルミニウムシートに印加してエッチング処理を行いエッチング箔を作成した。その後、同様にして陽極化成を行った。結果は実施例１と同様に放射率が０．７０の電極材の静電容量がもっとも大きく、エッチング箔の１０倍の静電容量を有していた。なお、放射率が０．７０の電極材の空隙率は６５％、比表面積は５．０×１０^４ｃｍ^２／ｃｍ^３であった。

以上のように、放射率が０．７０である電極材は、放射率が０．４０、０．８５の電極材に比べて静電容量が大きく、また従来にない静電容量特性を有する電解コンデンサ用電極材であるということが分かる。

Claims (3)

1. 基材の表面に、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を形成してなる電解コンデンサ用電極材であって、弁金属粒子層の表面の放射率が０．４５〜０．７５である電解コンデンサ用電極材。
2. 表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を空隙率20〜60％、比表面積30×10³〜400×10³cm²／cm³とし、前記弁金属粒子がその粒子径を少なくとも0.005〜0.1μmの範囲で所定の分布をもって混在して基材の表面に形成した請求項１記載の電解コンデンサ用電極材。
3. 表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を空隙率20〜60％、比表面積20×10³〜70×10³ cm²／cm³とし、前記弁金属粒子が粒子径0.2μm以上のものを含んで基材の表面に形成した請求項１記載の電解コンデンサ用電極材。