JP2013225558A - 電解コンデンサ正極用電極材料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた静電容量と導電性の両者を併せ有すると共に、密着性に優れた電解コンデンサ正極用電極材料を提供すること、また、そのような優れた特性を有する電解コンデンサ正極用電極材料を、低コストで有利に製造することの出来る方法を提供すること。
【解決手段】アルミニウム板の片面に銅板を重ね合わせて、冷間でクラッド圧延することにより、アルミニウム板にて与えられるアルミニウム層と銅板にて与えられる銅層との境界部位に、５〜１００ｎｍの厚さの中間層が形成されてなるクラッド材を構成して、電解コンデンサ正極用電極材料とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、電解コンデンサ正極用電極材料及びその製造方法に係り、特に、電解コンデンサ正極用の電極材料に要請される高い静電容量と導電性の両方を併せ有する、電解コンデンサ正極用電極材料と、それを有利に製造する方法に関するものである。

電解コンデンサにおいて、その正極の静電容量は、電極材料の表面積に比例することとなる。このため、電解コンデンサ用の電極材料として一般に用いられているアルミニウム箔においても、それを電気化学的或いは化学的にエッチングして、その表面積を拡大することが検討され、それにより、その静電容量を向上させることが可能となる。そこで、従来から、アルミニウム箔の電気化学的エッチングとして、例えば、塩酸系の溶液中で低電流電解を行なう手法が採用されているのであるが、この電気化学的エッチングを行なう場合において、通電量や電解液組成等の電解条件によりアルミニウムの溶解量を増加させて、その表面積を大きくすることが出来る一方、そのアルミニウムの溶解挙動は、アルミニウムに含まれている不純物からなる析出物等によって、大きく影響を受けることが知られ、そのような析出物のない状態のものが望まれていることから、特開２００１−１４３９７１号公報においては、９９．９％以上の高純度のアルミニウムを材質とした硬質電解アルミニウム箔が提案されている。

一方、電解コンデンサにおける電極の導電性は、電極材料自体の導電性、例えば上記した９９．９％以上のアルミニウム箔においては、それ自体が有している導電性に依存しているのが実情であり、その導電性の改善に関しては、未だ静電容量ほどは注目されてはいない。しかしながら、電解コンデンサの全体的な性能向上のためには、電極の静電容量のみならず、電極材料としての導電性の向上も必要であるところから、静電容量に加えて、導電性にも優れた材料が切望されているのである。

そして、そのような要望に応えるためには、アルミニウム材の片面に、アルミニウムよりも導電性に優れた銅からなる材料を配することが考えられ、これによって、アルミニウム材側を電解エッチング処理して静電容量を確保すると共に、銅材側を導電部材としての役割を持たせることが可能となるのである。

また、そのようなアルミニウム材と銅材とからなる電極材料を製造する方法としては、先ず、アルミニウム箔と銅箔とを貼り合わせて、所定厚さの電極材料とすることが考えられるのであるが、その場合において、接着剤として、導電性があり、接着力の強固なものを選定したとしても、アルミニウム箔と銅箔の表面に存在する酸化皮膜が、貼り合わせ後の密着性に悪影響をもたらして、電解コンデンサの電極として使用した際に、アルミニウム箔と銅箔とが剥がれるという問題を惹起してしまうところから、その実用化には、大きな困難が内在している。また、アルミニウム箔の片面に銅を所定厚さにめっきすることが考えられるのであるが、その場合においては、アルミニウム箔への銅めっき操作に生産コストがかかり過ぎ、そのようなめっきによる方法の実用化も困難である。

特開２００１−１４３９７１号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、優れた静電容量と導電性の両者を併せ有すると共に、密着性に優れた電解コンデンサ正極用電極材料を提供することにあり、また他の課題とするところは、そのような優れた特性を有する電解コンデンサ正極用電極材料を、低コストで、有利に製造することの出来る方法を提供することにある。

そこで、本発明者等は、目的とする静電容量を得るためのアルミニウム箔の片面に、優れた導電性を付与する銅を配することの出来る種々なる方法について検討を進めた結果、先に指摘せるような、アルミニウム箔の片面に銅箔を貼り合わせたり、銅をめっきしたりする方式ではなく、アルミニウムと銅を各々別個に圧延した圧延板の形態で、それらを重ね合わせて、冷間でクラッド圧延することによって、両材の界面に存在していた酸化皮膜が破壊され、金属同士が直接に高圧で結合せしめられることとなり、その界面に、優れた密着性を発揮する中間層が効果的に形成され得ることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。

すなわち、本発明は、上記の知見に基づき、前記した課題を解決するために、アルミニウム板の片面に銅板をクラッドして得られるクラッド材からなり、且つ該アルミニウム板から形成されるアルミニウム層と該銅板から形成される銅層との境界部位に、５〜１００ｎｍの厚さの中間層が形成されていることを特徴とする電解コンデンサ正極用電極材料を、その要旨とするものである。

なお、かかる本発明に従う電解コンデンサ正極用電極材料の望ましい態様の一つによれば、前記クラッド材の厚さが２０〜１００μｍであり、且つ前記アルミニウム層の厚さが該クラッド材の厚さの３〜５０％である構成が、有利に採用されることとなる。

また、本発明にあっては、上記の如き本発明に従う電解コンデンサ正極用電極材料を製造するに際して、アルミニウム板の片面に銅板を重ね合わせ、その重ね合わせ物を、冷間にてクラッド圧延することを特徴とする製造方法をも、その要旨とするものである。

このように、本発明に従う電解コンデンサ正極用電極材料にあっては、アルミニウム板の片面に銅板がクラッドされてなる形態のクラッド材にて構成されるものとなり、しかもアルミニウム板にて与えられるアルミニウム層と銅板にて与えられる銅層との間に、アルミニウムと銅を主成分とする、５〜１００ｎｍの極く薄い中間層が形成されているところから、かかる電極材料は、優れた静電容量と導電性を具備すると共に、アルミニウムと銅との間の優れた密着性をも有しているという、これまでの電極材料には期待出来ない、有用な特性を発揮し得るものとなるのである。

しかも、本発明に従う電極材料にあっては、その電気的な接続のために所定のリード線を取り付けるに際し、アルミニウム層の一方の側の面の全面に亘って銅層が形成されているところから、そのようなアルミニウム層にクラッドされた銅層のどの位置においてもリード線を接合して、取り付けることが出来るという利点も、併せ有しているのである。

また、本発明に係る電極材料における極く薄い中間層には、金属間化合物という明確な化合物が形成されておらず、主としてアルミニウムと銅が拡散して互いに混じり合っている状態において、かかる中間層が薄く形成されているものと考えられるのである。なお、ここで「主として」との表現は、アルミニウムや銅に含まれている不純物元素も、極く微量ではあるが、中間層中に拡散していることが考えられるからである。そして、そのような中間層は、脆弱な層ではなく、両側のアルミニウム層と銅層とに対して良好な密着性を有するものであり、且つアルミニウム層と銅層との間の導電性にも優れるという特性も具備しているのである。

要するに、本発明に従う電解コンデンサ正極用電極材料は、所定のアルミニウム板の片面に所定の銅板を重ね合わせ、その得られた重ね合わせ板材を、高圧でクラッド圧延すること等により、一体的な接合体として得られるものであるが、そこで用いられるアルミニウム板は、好ましくは、９９．８重量％以上の純度のアルミニウム材質であることが望ましく、例えばＪＩＳ−Ｈ−４０００の１０８０や１０８５、ＪＩＳ−Ｈ−４１７０の１Ｎ９０からなる板材が、好適に用いられることとなる。また、銅板としては、９９．９重量％以上の純度の銅からなる板材が有利に用いられ、具体的には、ＪＩＳ−Ｈ−３１００のＣ１０２０無酸素銅からなる板材が、好適に用いられることとなる。

そして、そのようなアルミニウム板と銅板とを用いて得られるクラッド材（電解コンデンサ正極用電極材料）においては、かかるアルミニウム板にて形成されるアルミニウム層と銅板にて形成される銅層との界面には、５〜１００ｎｍの厚さの中間層が形成されているのである。なお、かかる中間層の厚さが５ｎｍ未満となると、密着強度の低下を招き、アルミニウム層と銅層との間の剥離が惹起される恐れが生じるからであり、また１００ｎｍを超えるような厚さとなると、アルミニウム層と銅層との間の電気抵抗が大きくなる問題を惹起するようになる。

また、そのような電極材料としてのクラッド材においては、その厚さが２０μｍ未満となると、クラッド圧延が困難となり、また１００μｍを超えるような厚さとなると、電極材料を複数重ねて、コンデンサを組み立てる際に、コンデンサ自体の厚さが大きくなり過ぎてしまうところから、一般に、２０〜１００μｍの厚さを有するクラッド材として、形成されることとなる。

しかも、そのようなクラッド材において、アルミニウム板から形成されたアルミニウム層の厚さは、かかるクラッド材の厚さの３〜５０％であるように構成されることが望ましいのである。けだし、アルミニウム層の厚さがクラッド材の厚さの３％未満となると、クラッド圧延操作にて製造する際に、アルミニウム板がめくり上がったり、或いはアルミニウム板に破れが生じてしまう問題があり、またクラッド材の５０％を超えるような厚さとなると、アルミニウム板若しくは銅板がめくり上がるようになる等の問題を生じ、何れにしても好ましくないのである。

ところで、本発明に従う電解コンデンサ正極用電極材料を与えるクラッド材を製造するには、先ず、目的とするクラッド材を構成するアルミニウム層の厚さよりも厚い、例えば０．２ｍｍ〜８０ｍｍ程度の厚さのアルミニウム板と、当該クラッド材を構成する銅層の厚さよりも厚い、例えば０．８ｍｍ〜８０ｍｍ程度の厚さの銅板とを準備し、そして、それらアルミニウム板と銅板に対して、脱脂洗浄等の公知の表面清浄化処理が施され、その表面、特にクラッド面（重ね合わせ面）が可及的に清浄化せしめられることとなる。これにより、それらアルミニウム板と銅板との間に形成される中間層に不純物が混入することが可及的に回避され得て、かかる中間層の特性が有利に確保され得るようになっている。また、それらアルミニウム板と銅板とを効果的にクラッドするために、それらのクラッド面に対して、ヘアライン加工等の公知の凹凸加工が、好適に施されることとなる。

そして、かかるアルミニウム板の片面に銅板を重ね合わせて得られる、２枚の板材の重ね合わせ物に対して、冷間で、従って材料を加熱することなく、また加工熱が生じても材料温度が２００℃以上に上昇しないようにして、クラッド圧延操作を施すことにより、目的とする厚さのクラッド材を得るようにする手法が、好適に採用されることとなる。なお、その際におけるアルミニウム板及び銅板の圧下率は、本発明に従う電極材料としてのクラッド材における中間層を得るために、それぞれ、５０％以上であるようにすることが好ましい。それら両材の圧下率が５０％よりも低くなると、有効なクラッドを行ない難くなり、目的とするクラッド材を得ることが困難となる場合が生じるからである。

以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも、例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。

例えば、アルミニウム板と銅板とのクラッドは、一般に、冷間でのクラッド圧延操作にて実施することが好ましいものであるが、それらアルミニウム板と銅板との重ね合わせ物を、両側から冷間で加圧してクラッドする他の公知のクラッド手法も、同様に、採用可能である。

また、本発明に従う電解コンデンサ正極用電極材料（クラッド材）には、そのアルミニウム層の外表面に対して、従来と同様なエッチング操作が施されることにより、その表面に微細なピットが形成されて、その表面積が拡大せしめられることによって、優れた静電容量が付与されることとなるのであり、そして、そのようなエッチング材料を用いて、目的とする電解コンデンサの正極が製作されることとなるのである。

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、そして、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。

以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことも、また、理解されるべきである。

先ず、ＪＩＳ−Ｈ−４１７０の１Ｎ９０からなる、３．６ｍｍ厚×１００ｍｍ幅×１００ｍｍ長さのアルミニウム圧延板材と、ＪＩＳ−Ｈ−３１００のＣ１０２０からなる、１５ｍｍ厚×１００ｍｍ幅×１００ｍｍ長さの銅圧延板材を、それぞれ準備した。そして、それらアルミニウム圧延板材と銅圧延板材を、常法に従って、有機溶媒で脱脂処理し、乾燥せしめた後、更にそれらのクラッド接合面をサンドペーパーで研磨して、表面付着油を除去した。

次いで、かかる表面清浄化処理の施されたクラッド接合面が対向するようにして、アルミニウム圧延板材の片面に銅圧延板材を重ね合わせた後、その重ね合わせ物に対して、冷間において、１０パスのクラッド圧延操作を実施し、１００μｍ厚さのクラッド板（電極材料）を得た。そして、この得られたクラッド板について、その断面を、光学顕微鏡及び透過型電子顕微鏡を用いて観察したところ、アルミニウム層の厚さは約２０μｍ、中間層の厚さは約１０ｎｍ、残りが銅層の厚さであることを確認した。

一方、比較のために、冷間ではなく、１５０〜１９５℃の温度に前記の重ね合わせ物が加熱された状態において、１００μｍ厚さまでクラッド圧延する、熱間圧延操作を実施したところ、その得られた圧延クラッド材のアルミニウム層の厚さは約２０μｍ、中間層の厚さは約２００ｎｍ、そして残りが銅層の厚さとなる構成のクラッド材であることを認めた。

また、上記で得られた２種のクラッド板（冷間圧延材と熱間圧延材）について、それぞれの密着性の評価と電気抵抗値の測定を実施したところ、冷間圧延材、熱間圧延材共に、繰り返し曲げで、剥離はなく、密着性は良好であったが、電気抵抗値において、冷間圧延材は約１０μΩであったのに対して、熱間圧延材は約１００μΩと大幅に大きい電気抵抗値を示した。

なお、密着性の評価は、それぞれのクラッド板から、１２．５ｍｍ幅×２００ｍｍ長の試験材を切り出し、その長さ方向の中央部を＋９０°と−９０°の往復曲げを１０回繰り返し行なう曲げ試験を実施した後における試験材の剥離の有無を調べ、その密着性を評価した。また、電気抵抗値の測定は、それぞれのクラッド板から、５０ｍｍ幅×１００ｍｍ長の試験材を切り出し、その長手方向一方側のアルミニウム層部位と他方の側の銅層部位をそれぞれ１０ｍｍ長さだけ切削除去して、リード端子部を作製し、残り８０ｍｍ長さ部分におけるアルミニウム層と銅層の間の電気抵抗値を測定することにより、実施した。

Claims (3)

1. アルミニウム板の片面に銅板をクラッドして得られるクラッド材からなり、且つ該アルミニウム板から形成されるアルミニウム層と該銅板から形成される銅層との境界部位に、５〜１００ｎｍの厚さの中間層が形成されていることを特徴とする電解コンデンサ正極用電極材料。
2. 前記クラッド材の厚さが２０〜１００μｍであり、且つ前記アルミニウム層の厚さが該クラッド材の厚さの３〜５０％であることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ正極用電極材料。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電解コンデンサ正極用電極材料を製造する方法にして、
   アルミニウム板の片面に銅板を重ね合わせ、その重ね合わせ物を、冷間にてクラッド圧延することを特徴とする電解コンデンサ正極用電極材料の製造方法。