JP2009206242A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】固体電解質層の高温劣化に伴うガス発生を抑制することによって、電気特性の経時劣化の少ない固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】固体電解コンデンサ1は、表面に酸化皮膜２１ａが形成された陽極箔２１と、陰極箔２２とがセパレータ２３を介して巻回され、セパレータ２３に、導電性高分子からなる固体電解質層２４が保持されたコンデンサ素子２と、コンデンサ素子２が収納される外装ケース４とを備えており、コンデンサ素子２と外装ケース４との間には、活性炭またはゼオライトを含有するガス吸着材３が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性高分子を電解質に用いた固体電解コンデンサに関する。

電解コンデンサは、アルミニウムやタンタルやニオブ等の弁作用金属からなる陽極箔や陽極体を備えており、陽極箔や陽極体の表面には、誘電体となる酸化皮膜が形成されている。この酸化皮膜からの電気的な引き出しは、酸化皮膜に接触している導電性を有する電解質によって行われ、電解コンデンサにおける真の陰極は、この電解質が担っている。この真の陰極として機能する電解質は、電解コンデンサの電気特性に大きな影響を及ぼすため、様々な種類の電解質が採用された電解コンデンサが提案されている。

このような電解コンデンサのうち、固体電解コンデンサは、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）などの導電性高分子を電解質として用いるものであり、液状の電解質を用いた電解コンデンサと比較して高周波領域におけるインピーダンス特性に優れている。
このような導電性高分子からなる固体電解質層には、電子受容性の物質（ドーパント）が添加されており、このドーパントが高分子鎖から電子を引き抜いて、高分子内に正孔（キャリア）を発生させることにより、高分子は導電性を有する。

近年、各種電子機器のデジタル化が進み、固体電解コンデンサには、大容量化と小形化が求められている。このような要求を満たす固体電解コンデンサとして、巻回型の固体電解コンデンサがある。
巻回型の固体電解コンデンサは、酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回され、このセパレータに導電性高分子からなる固体電解質層が保持されたコンデンサ素子を備え、このコンデンサ素子が有底筒状のケースに収納されて、さらに、その開口部が電極箔に接続されたリード線が貫通されたゴム製の封口材により密封された構造を有する（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００１−１８９２４２号公報

しかしながら、上述した固体電解コンデンサに使用される固体電解質（導電性高分子）層は高温雰囲気による影響を受けやすく、ケース内が高温になると、導電性高分子の劣化により発生したガスによって、固体電解質層の導電性が低下し、固体電解コンデンサの静電容量の低下や、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の増加という電気特性の経時劣化の問題が生じる。

よって、本発明の目的は、固体電解質層の高温劣化により発生するガスを吸着する手段を設け、電気特性の経時劣化の少ない固体電解コンデンサを提供することにある。

本発明の固体電解コンデンサは、表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔とがセパレータを介して巻回され、前記セパレータに、導電性高分子からなる固体電解質層が保持されたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子が収納されるケースとを備えた固体電解コンデンサであって、前記コンデンサ素子と前記ケースとの間に、ガス吸着材が設けられていることを特徴とする。

前記ガス吸着材としては、活性炭またはゼオライトを含んでなる材料が挙げられる。

さらに、前記導電性高分子が、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、および、ポリエチレンジオキシチオフェンの何れかであることが好ましい。

本発明の固体電解コンデンサによると、コンデンサ素子とケースとの間に設けられたガス吸着材が、高温雰囲気下で導電性高分子が劣化して発生するガスを吸着するため、固体電解コンデンサの静電容量の低下や、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の増加という固体電解コンデンサの経時劣化を抑制することができる。

さらに、ガス吸着材が、活性炭またはゼオライトを含有することによって、高温雰囲気下での高いガス吸着性を実現することができる。

さらに、導電性高分子が、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、および、ポリエチレンジオキシチオフェンの何れかであることによって、固体電解質層の導電性および耐熱性が向上する。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の固体電解コンデンサ１は、コンデンサ素子２と、外装ケース４と、封口材５とを備える。なお、図１では、コンデンサ素子２の内部構造を省略して表示している。

図２に示すように、コンデンサ素子２は、陽極箔２１と、陰極箔２２とがセパレータ２３を介して巻回された構造を有する。
また、陽極箔２１および陰極箔２２にはリードタブ（図示省略）がそれぞれ接続されており、このリードタブを介して陽極箔２１および陰極箔２２からそれぞれリード線２５が引き出されている。

陽極箔２１は、アルミニウム、タンタル、ニオブ等の弁作用金属で形成されている。図３に示すように、陽極箔２１の表面は、エッチング処理により粗面化されるとともに、陽極酸化（化成）による酸化皮膜２１ａが形成されている。
また、陰極箔２２も、陽極箔２１と同様にアルミニウム等で形成され、その表面は粗面化されている。

また、図３に示すように、セパレータ２３は、導電性高分子からなる固体電解質層２４を保持している。つまり、陽極箔２１とセパレータ２３との間、および、陰極箔２２とセパレータ２３の間には、固体電解質層２４が形成されている。
固体電解質層２４の導電性高分子としては、導電性および耐熱性に優れた、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、および、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等を用いることができる。このような導電性高分子は、モノマーの化学重合により生成される。また、固体電解質層２４には、ドーパントが含有されている。

図１に示すように、コンデンサ素子２の外周面は、ガス吸着材３で被覆されている。ガス吸着材３は、粉状の活性炭またはゼオライトと、耐熱性の高い合成樹脂とで形成されている。
合成樹脂は、活性炭またはゼオライトをコンデンサ素子２の外周面に付着させるためのバインダーとして用いられる。合成樹脂として、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。

外装ケース４は、アルミニウム等からなり、有底筒形状に形成されている。外装ケース４は、ガス吸着材３によって被覆されたコンデンサ素子２を収納している。

封口材５は、外装ケース４の開口部を封止するものであり、樹脂やゴム等で形成されている。コンデンサ素子２のリード線２５は、封口材５に形成された貫通孔を介して、外装ケース４から引き出されている。

以上のような固体電解コンデンサ１によると、コンデンサ素子２の外周に配置されたガス吸着材３である活性炭またはゼオライトが、高温雰囲気下で導電性高分子が劣化して発生するガスを吸着するので、固体電解コンデンサの静電容量の低下や、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の増加という固体電解コンデンサ１の経時劣化を抑制することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
上記の実施形態では、コンデンサ素子２の外周面を、活性炭またはゼオライトを含むガス吸着材３によって被覆しているが、外装ケース４の内周面を、被覆してもよい。

さらに、活性炭をコンデンサ素子２の外周面と外装ケース４の内周面との間に配置する方法としては、バインダーとして合成樹脂を用いる方法に限定されない。たとえば、コンデンサ素子２の外周面、または、外装ケース４の内周面に、活性炭またはゼオライトを含む不織布等のシートを貼り付けてもよい。また、たとえば、外装ケース４の内周面とコンデンサ素子２の外周面との間に隙間を空け、この隙間に粉状の活性炭またはゼオライトを充填してもよい。

次に、本発明の具体的な実施例を従来例と合わせて説明する。

［実施例１］コンデンサ素子の外周面に活性炭を含むガス吸着材形成
実施例１の固体電解コンデンサを以下のような工程で作製した。
まず、表面に酸化皮膜を形成した陽極箔と、陰極箔とを、セパレータを介して巻回し、陽極箔と陰極箔からそれぞれリードタブを介してリード線が引き出されている素子を作製した。
そして、この素子を、３，４−エチレンジオキシチオフェンとｐ−トルエンスルホン酸鉄（III）とをｉ−プロパノールに溶解した溶液（モノマーと酸化作用を有するドーパントのモル比１：１．５）に浸漬させた後、１００℃に６０分間保持し、化学重合によりＰＥＤＯＴからなる固体電解質層を形成し、コンデンサ素子を作製した。

次に、このコンデンサ素子を、エポキシ樹脂−酢酸ブチル溶液に粉状の活性炭を加えた濃度５０％（質量百分率）の液に浸漬させ、１０５℃に２０分間保持して、コンデンサ素子の外周面に活性炭を含むガス吸着材を形成した。そして、このコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、開口部をゴム製の封口材により封止して、固体電解コンデンサを作製した。

［実施例２］コンデンサ素子と外装ケースとの隙間に粉状の活性炭からなるガス吸着剤充填
実施例２としては、実施例１と同様の手順で作製したコンデンサ素子を、有底筒状の外装ケースに収納し、コンデンサ素子と外装ケースとの隙間に粉状の活性炭を充填して、開口部をゴム製の封口材により封止し、固体電解コンデンサを作製した。

［実施例３］コンデンサ素子の外周面にゼオライトを含むガス吸着材形成
実施例３としては、実施例１と同様の手順で作製したコンデンサ素子を、有底筒状の外装ケースに収納し、コンデンサ素子をエポキシ樹脂−酢酸ブチル溶液に粉状のゼオライトを加えた濃度５０％（質量百分率）の液に浸漬させ、１０５℃に２０分間保持して、コンデンサ素子の外周面にゼオライトを含むガス吸着材を形成した。そして、このコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、開口部をゴム製の封口材により封止して、固体電解コンデンサを作製した。

［実施例４］コンデンサ素子と外装ケースとの隙間に粉状のゼオライトからなるガス吸着剤充填
実施例４としては、実施例１と同様の手順で作製したコンデンサ素子を、有底筒状の外装ケースに収納し、コンデンサ素子と外装ケースとの隙間に粉状のゼオライトを充填して、開口部をゴム製の封口材により封止し、固体電解コンデンサを作製した。

［従来例］
従来例としては、従来の固体電解コンデンサを採用した。上記の活性炭を含むガス吸着材をコンデンサ素子と外装ケースとの間に形成しない点以外は、実施例１と同様の手順で固体電解コンデンサを作製した。

上記の実施例１〜４、および従来例において、陽極箔、陰極箔は全て同じ幅、長さである（幅３ｍｍ、長さ１６０ｍｍ）。また、それぞれの定格電圧は２０ＷＶである。

上記の実施例１〜４、および従来例の固体電解コンデンサについて、初期の電気特性を測定し、その後、温度１３５℃の恒温槽に入れて、定格電圧を３０００時間印加した後に、再度電気特性を測定した。それぞれの測定結果と変化率を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜４の固体電解コンデンサは、従来例と比較して、電圧印加後の静電容量の低下率、また、ｔａｎδ、ＥＳＲの増加率が小さく、電気特性が安定している。

なお、上記実施例においては、固体電解質層の導電性高分子としてＰＥＤＯＴを用いたが、ポリアニリン、ポリピロールまたはポリチオフェンを用いた場合にも同様の効果が得られることが確認されている。

本発明の固体電解コンデンサの外観および内部構造を示す概略図である。 本発明の固体電解コンデンサにおけるコンデンサ素子の分解斜視図である。 本発明の固体電解コンデンサの構成を示す概念図である。

符号の説明

１ 固体電解コンデンサ
２ コンデンサ素子
３ ガス吸着材（活性炭またはゼオライト含有）
４ 外装ケース
５ 封口材
２１ 陽極箔
２１ａ 酸化皮膜
２２ 陰極箔
２３ セパレータ
２４ 固体電解質層
２５ リード線

Claims (3)

1. 表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔とがセパレータを介して巻回され、前記セパレータに、導電性高分子からなる固体電解質層が保持されたコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子が収納されるケースと
   を備えた固体電解コンデンサであって、
   前記コンデンサ素子と前記ケースとの間に、ガス吸着材を設けたことを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記ガス吸着材が活性炭またはゼオライトを含んでなることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記導電性高分子が、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、および、ポリエチレンジオキシチオフェンの何れかであることを特徴とする請求項１または２に記載の固体電解コンデンサ。
   

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