JP2010171305A - 電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】高温度でのリフローでも膨れが小さく、安定で長寿命の駆動用電解液を提供し、それを用いて高信頼性の電解コンデンサを提供することを目的とする。
【解決手段】上記課題を解決するために本発明は、有機溶媒と、オニウム性カチオン（ａ）と多価カルボン酸（ｂ）のアニオンからなる塩（Ａ）を電解質と、下記一般式（化１）で表す化合物とからなる電解コンデンサ駆動用電解液と、それを用いた電解コンデンサを提供する。
【化１】

【選択図】図１

Description

本発明は電子機器の電子部品に使用される電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサに関するものである。

近年、環境負荷物質の使用量削減のため、電子部品に使用されるはんだの鉛フリー化が進んでいる。この鉛フリーはんだに対応するためには、リフロー工程時の温度を２６０℃まで高くする必要がある。しかしながら、従来の駆動用電解液を用いた電解コンデンサでは、はんだリフロー炉の熱（例えば２６０℃）により駆動用電解液の電解質であるカルボン酸アニオンが脱炭酸するためコンデンサの開弁が発生するという課題があった。

この課題に対して、膨れを抑制するために駆動用電解液の蒸気圧を上げることで溶媒の気化を抑制し、高温度下のリフロー時のコンデンサ内の内圧上昇を抑え、膨れを抑制する方法が開示されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。
特開２００６−１８６２１４号公報 特開２００６−２４５０４１号公報 特開２００７−１１００３３号公報

しかしながら、従来の電解コンデンサにおいて、コンデンサ内の内圧の上昇は、溶媒がリフロー温度で気化することによるもの、また、電解質に用いるカルボン酸塩が高温で脱炭酸反応を起こし、この反応により炭酸ガスが発生することによるものが原因として挙げられる。

このようなことから、特許文献１〜３のような駆動用電解液を用いたものは、添加物を用いることで駆動用電解液の粘度が増し、リフロー温度による膨れは抑制できるものの、駆動用電解液の粘度が増すことにより、駆動用電解液の電導度が低下し、製品の等価直列抵抗（以下、ＥＳＲと称す）が上昇してしまうといった課題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高温度でのリフロー温度でも膨れが小さく、かつ高電導度を有する駆動用電解液を提供し、それを用いて高信頼性の電解コンデンサを供給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、有機溶媒と、オニウム性カチオン（ａ）と多価カルボン酸（ｂ）のアニオンからなる塩（Ａ）の電解質と、下記一般式（化１）で表す化合物とからなる電解コンデンサ駆動用電解液とするものである。

また、上記一般式（化１）で表される化合物は、２−エチル−アミノ−エタノール、２−エチル−アミノ−ブタノール、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール、２−アミノ−２−メチル−１−ブタノール、Ｎ−メチル−２−アミノ−２−メチル−プロパノール、Ｎ−エチル−２−アミノ−２−メチル−プロパノール、Ｎ−プロピル−２−アミノ−２−メチル−プロパノール、Ｎイソプロピル−２−アミノ−２−メチル−プロパノール、Ｎ−ノルマルブチル−２−アミノ−２−メチル−プロパノールのいずれか１種よりなるものである。

本発明は、駆動用電解液に上記一般式（化１）の化合物を添加することにより、電解質に用いるカルボン酸塩から脱炭酸した炭酸ガスと反応して化合物を生成させ、コンデンサ内に拡散するのを抑制することができる。また、駆動用電解液の粘度を上昇させにくいことから、駆動用電解液の電導度低下を抑えることができる。その結果、電解コンデンサの膨れを低減し、ＥＳＲ特性及び漏れ電流特性が安定して長寿命で信頼性の高い電解コンデンサを供給することができる。

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。

本発明は、有機溶媒と、オニウム性カチオン（ａ）と多価カルボン酸（ｂ）のアニオンからなる塩（Ａ）の電解質と、上記一般式（化１）で表す化合物とからなる電解コンデンサ駆動用電解液とするものである。

また、電解コンデンサは、図１に示すようにアルミニウム箔よりなる陽極電極としての陽極箔１１と、同じくアルミニウム箔よりなる陰極電極としての陰極箔１２とを、その間にセパレータ１３を介在させて対向するように巻き取ることでコンデンサ素子１９を構成している。また、このコンデンサ素子１９の陽極箔１１および陰極箔１２のそれぞれに陽極リード１５、陰極リード１６が接続されている。このような構成のコンデンサ素子１９に駆動用電解液１４を含浸させ、アルミニウムケースなどの金属ケース１８内にコンデンサ素子１９を封入してゴムもしくはフェノール樹脂等の封口材１７で封入することにより電解コンデンサが構成される。

上記駆動用電解液１４において、有機溶媒は電導度が高く熱的にも安定な、エチレングリコール、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、３−メチルオキサゾリジン−２−オン、γ−ブチロラクトン単独およびこれらの群より選ばれる２種以上との混合溶媒である。この中でも好ましいのは、γ−ブチロラクトン単独、またはγ−ブチロラクトンとエチレングリコールまたはスルホランとの混合溶媒である。この混合溶媒のγ−ブチロラクトンの含有量は、溶媒の重量に基づいて４０〜１００％が好ましい。なお、γ−ブチロラクトンの含有量が４０％未満では電導度が著しく低下する。

上記オニウム性カチオン（ａ）としては４級化アンモニウムカチオン、アミジニウムカチオン、グアニジニウムカチオンが挙げられ、分解温度の観点からアミジニウムカチオンが好ましく、さらに好ましくは環状アミジニウムカチオンが５員環または６員環であるものが特に好ましい。

具体的なアミジニウムカチオンの例としては、１，２，３，４−テトラメチルイミダゾリニウム、１，３，４−トリメチル−２−エチルイミダゾリニウム、１，３−ジメチル−２，４−ジエチルイミダゾリニウム、１，２−ジメチル−３，４−ジエチルイミダゾリニウム等のイミダゾリニウム類、１，３−ジメチルイミダゾリウム、１，３−ジエチルイミダゾリウム、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、１，２，３−トリメチルイミダゾリウム、１，２，３，４−テトラメチルイミダゾリウム、１，３−ジメチル−２−エチルイミダゾリウム、１，２−ジメチル−３−エチルイミダゾリウム等のイミダゾリウム類である。

上記多価カルボン酸（ｂ）のアニオンは、脂肪族ポリカルボン酸［例えばシュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバチン酸、１，６−デカンジカルボン酸、５，６−デカンジカルボン酸］、不飽和ポリカルボン酸［例えばマレイン酸、フマル酸、イコタン酸］、芳香族ポリカルボン酸［例えばフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸］、芳香族モノカルボン酸［例えば安息香酸、ｏ−ニトロ安息香酸、ｐ−ニトロ安息香酸、ケイ皮酸、ナフトエ酸］、オキシカルボン酸［例えばサリチル酸、マンデル酸、レゾルシル酸］等である。この中でも、電導度が高く熱的にも安定なマレイン酸、フタル酸、アジピン酸、安息香酸が好ましい。

上記一般式（化１）で表される化合物において、Ｒ１〜Ｒ４で示される炭素数１〜４のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロビル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基及びｔ−ブチル基を挙げることができる。

具体的な化合物としては、２−エチル−アミノ−エタノール、２−エチル−アミノ−ブタノール、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール、２−アミノ−２−メチル−１−ブタノール、Ｎ−メチル−２−アミノ−２−メチル−プロパノール、Ｎ−エチル−２−アミノ−２−メチル−プロパノール、Ｎ−プロピル−２−アミノ−２−メチル−プロパノール、Ｎイソプロピル−２−アミノ−２−メチル−プロパノール、Ｎ−ノルマルブチル−２−アミノ−２−メチル−プロパノールのいずれかである。

本発明の駆動用電解液１４におけるオニウム性カチオン（ａ）と多価カルボン酸（ｂ）のアニオンからなる塩（Ａ）の電解質の含有量は、駆動用電解液１４の重量に基づいて通常１〜７０重量％、好ましくは５〜４０重量％である。この範囲外では電導度が著しく低下する。

また、本発明の駆動用電解液１４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［ｐ−ニトロ安息香酸、ｐ−ニトロフェノール、など］が挙げられる。

次に、本発明の実施の形態の具体的な実施例について説明する。

本発明の実施例１〜５と比較例１〜４の電解コンデンサ駆動用電解液の組成と電導度特性を（表１）に示す。このときの駆動用電解液中の水分は、１％に調整した。

本発明の実施例１〜５および比較例１〜４の駆動用電解液を用いて巻回形のチップ形アルミ電解コンデンサ（定格電圧６．３Ｖ、静電容量２２０μＦ、サイズ；φ６．３ｍｍ×Ｌ５．８ｍｍ）を作製した。封口ゴムには樹脂加硫のブチルゴムを使用した。

上記チップ形アルミ電解コンデンサについて、リフローＴｏｐ温度２６０℃、２３０℃６０秒以上、２００℃１５０秒以上のリフロー条件下で耐熱評価を実施した。リフローは２回評価を実施した。その結果を（表２）に示す。

上記実施例１〜５の駆動用電解液は（表１）の結果から、上記一般式（化１）で表される化合物として、２−エチル−アミノ−エタノール、２−エチル−アミノ−ブタノール、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールを添加することにより比較例４と比較して電導度の低下が小さく、高電導度を維持する良好な結果を示した。また、（表２）からも明らかなように、製品の膨れも各比較例に比べて小さく、良好な結果を示した。

以上の結果から、本発明の駆動用電解液を用いることにより高電導度を維持しつつ、リフロー時のゴム膨れを抑制することができる駆動用電解液であることが示された。

また、上記実施例１〜５および比較例１〜４のチップ形アルミ電解コンデンサを１０５℃下で放置し、２０００時間経過後の静電容量の変化率（ΔＣ）、損失角の正接（ｔａｎδ）、漏れ電流（ＬＣ）を測定した。また製品重量の変化（ΔＷ）を電解液のドライアップ性とした。その結果を（表３）に示す。

（表３）から明らかなように、実施例１〜５のチップ形アルミ電解コンデンサは、２０００時間経過した時点でも、全ての特性が良好であり、比較例１と比較しても同等以上の特性変化を保持していることがわかる。

以上の結果から、本発明の電解コンデンサ駆動用電解液を用いることによりリフロー時のゴム膨れを抑制し、かつ信頼性の高いチップ形アルミ電解コンデンサを構成できるものである。

本発明の電解コンデンサ駆動用電解液は電解コンデンサに使用することができ、特に高温下で長時間安定な信頼性の高い電解コンデンサを実現できるものであり、電解コンデンサの高性能化が図れるため、市場価値は大きい。

本発明の実施の形態におけるアルミ電解コンデンサの構成を示す概略図

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 封口材
１８ 金属ケース
１９ コンデンサ素子

Claims (4)

1. 有機溶媒と、オニウム性カチオン（ａ）と多価カルボン酸（ｂ）のアニオンからなる塩（Ａ）の電解質と、下記一般式（化１）で表す化合物とからなる電解コンデンサ駆動用電解液。
   

   
2. 上記一般式（化１）で表される化合物が、２−エチル−アミノ−エタノール、２−エチル−アミノ−ブタノール、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール、２−アミノ−２−メチル−１−ブタノール、Ｎ−メチル−２−アミノ−２−メチル−プロパノール、Ｎ−エチル−２−アミノ−２−メチル−プロパノール、Ｎ−プロピル−２−アミノ−２−メチル-プロパノール、Ｎイソプロピル−２−アミノ−２−メチル-プロパノール、Ｎ−ノルマルブチル−２−アミノ−２−メチル−プロパノールのいずれか１種よりなる請求項１に記載の電解コンデンサ駆動用電解液。
3. 上記有機溶媒が、γ−ブチロラクトン、エチレングリコール、スルホランまたは、それらの混合溶液を主体とする請求項１に記載の電解コンデンサ駆動用電解液。
4. 陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に、上記請求項１〜３のいずれかの電解コンデンサ駆動用電解液を含浸させた電解コンデンサ。

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