JP2014045202A - 電極構造体、コンデンサおよび電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電極構造体は、アルミニウム材と、アルミニウム材の表面上に形成された誘電体層と、アルミニウム材と誘電体層との間にアルミニウム材の表面の少なくとも一部の領域に形成された、アルミニウムと炭素を含む介在層とを備え、誘電体層は、バルブ金属を含む誘電体粒子を含み、誘電体粒子の表面の少なくとも一部に有機物層が形成されている。誘電体粒子の粒子径が5nm以上100nm以下である、あるいは、有機物層の厚みが1nm以上50nm以下である。
【選択図】図1
Description
この発明の一つの実施の形態として、誘電体層が形成される基材としてのアルミニウム材は、特に限定されず、純アルミニウムまたはアルミニウム合金の箔を用いることができる。このようなアルミニウム材は、アルミニウム純度が「JIS H 2111」に記載された方法に準じて測定された値で98質量%以上のものが好ましい。本発明で用いられるアルミニウム材は、その組成として、鉛(Pb)、珪素(Si)、鉄(Fe)、銅(Cu)、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、クロム(Cr)、亜鉛(Zn)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、ガリウム(Ga)、ニッケル(Ni)およびホウ素(B)の少なくとも1種の合金元素を必要範囲内において添加したアルミニウム合金、または、上記の不可避的不純物元素の含有量を限定したアルミニウムも含む。アルミニウム材の厚みは、特に限定されないが、一般的には5μm以上200μm以下の範囲内とするのが好ましい。
誘電体層は、バルブ金属を含む誘電体粒子を含み、この誘電体粒子の表面の少なくとも一部には有機物層が形成されている。この発明に従った電極構造体においては、アルミニウム材と誘電体層との密着性、および、誘電体層間の密着性を向上させることができるので、誘電体層の厚みを、0.5μm以上にすることができる。なお、誘電体層の厚みの上限値は、特に限定されるものではないが、工業的生産を考慮すると、20μm以下であることが好ましい。以下、この誘電体層の構成について説明する。
誘電体粒子に含まれるバルブ金属は、特に限定されず、マグネシウム、トリウム、カドミウム、タングステン、錫、鉄、銀、シリコン、タンタル、チタン、ハフニウム、アルミニウム、ジルコニウムおよびニオブ等が挙げられるが、特に、チタン、タンタル、ハフニウム、ジルコニウムまたはニオブが好適に使用される。誘電体粒子としては、上述のバルブ金属を含むものであれば特に限定されないが、具体的には、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ等の粒子を挙げることができる。この中でも誘電体粒子として酸化チタンを使用することが比誘電率の点で好ましい。
有機物層は、後述する、混合物層形成工程と加熱工程を行なうことにより、誘電体粒子の表面に形成される。
本発明の電極構造体は、基材となるアルミニウム材と誘電体層との間でアルミニウム材の表面の少なくとも一部の領域に形成された、アルミニウムと炭素を含む介在層をさらに備える。
本発明の電極構造体の製造方法は、バルブ金属を含む誘電体粒子とバインダーとの混合物層をアルミニウム材の表面上に形成する混合物層形成工程と、その後、炭化水素含有物質を含む空間に混合物層が形成されたアルミニウム材を配置した状態で加熱する加熱工程とを備える。以下、各工程について説明する。
混合物層形成工程では、バルブ金属を含む誘電体粒子とバインダーとの混合物層をアルミニウム材の表面上に形成する。
加熱工程では、炭化水素含有物質を含む空間に混合物層が形成されたアルミニウム材を配置した状態で加熱する。この場合、混合物層が表面に形成されたアルミニウム材を、必要であれば乾燥し、その後、炭化水素含有物質を含む雰囲気中で熱処理する。
粉末X線回折法で測定された平均粒子径が10nmの酸化チタン粒子(誘電体粒子に相当)2質量部を、表1に示された各種バインダー1質量部と各種溶媒7質量部(実施例2〜5においてトルエンとメチルエチルケトンとの混合比は1:1)に混合して分散させ、固形分30質量%の誘電体粒子とバインダーとの混合物である塗工液を調製した。これらの塗工液を厚みが30μmで純度が99.3質量%のアルミニウム箔の両面に塗布することにより、誘電体粒子とバインダーとの混合物層をアルミニウム箔の表面上に形成し、空気中にて150℃の温度で30秒間加熱することにより乾燥させた(混合物層形成工程)。その後、当該混合物層が表面に形成されたアルミニウム箔をメタンガス雰囲気中に配置し、メタンガス雰囲気中に配置されたアルミニウム箔を550℃の温度で10時間加熱することにより(加熱工程)、本発明の電極構造体を得た。なお、加熱工程後のアルミニウム箔の表面上に形成された誘電体層の厚みは、表1に示すように1〜3μmの範囲内であった。
実施例2で得られた電極構造体を空気中に配置し、200℃の温度で5時間加熱することにより、実施例6の電極構造体を得た。
実施例7においては粉末X線回折法で測定された平均粒子径が25nmの酸化タンタル(Ta2O5)粒子、実施例8においては粉末X線回折法で測定された平均粒子径が20nmの酸化ニオブ(Nb2O5)粒子(それぞれ誘電体粒子に相当)2質量部を、表1に示すようにバインダーとしてポリビニルブチラール系バインダー1質量部と、表1に示すように溶媒としてトルエンとメチルエチルケトンの混合溶媒7質量部(実施例7〜8のいずれもトルエンとメチルエチルケトンとの混合比は1:1)に混合して分散させ、固形分30質量%の誘電体粒子とバインダーとの混合物である塗工液を調製した。これらの塗工液を厚みが30μmで純度が99.3質量%のアルミニウム箔の両面に塗布することにより、誘電体粒子とバインダーとの混合物層をアルミニウム箔の表面上に形成し、空気中にて150℃の温度で30秒間加熱することにより乾燥させた(混合物層形成工程)。その後、当該混合物層が表面に形成されたアルミニウム箔をメタンガス雰囲気中に配置し、メタンガス雰囲気中に配置されたアルミニウム箔を550℃の温度で10時間加熱することにより(加熱工程)、本発明の電極構造体を得た。なお、加熱工程後のアルミニウム箔の表面上に形成された誘電体層の厚みは、表1に示すように3μmであった。
実施例1〜8で用いたのと同じアルミニウム箔を、下記のチタンアルコキシド溶液に3秒間浸漬した後、空気中にて温度100℃で10分間加熱することにより乾燥させた。
Ti(n−OC4H9)4:0.15モル、CH3COCH2COCH3:0.45モル、
C2H5OH:18モル、H2O:0.3モル。
粉末X線回折法で測定された平均粒子径が10nmの酸化チタン粒子(誘電体粒子に相当)2質量部を、水8質量部に分散させ、固形分20質量%の塗工液を調製した。この塗工液を厚みが30μmで純度が99.3質量%のアルミニウム箔の両面に塗布することにより、酸化チタン粒子をアルミニウム箔の表面上に形成し、空気中にて150℃の温度で30秒間加熱することにより乾燥させた(本発明の混合物層形成工程においてバインダーを含有しないものに相当)。その後、酸化チタン粒子層が表面に形成されたアルミニウム材をメタンガス雰囲気中に配置し、メタンガス雰囲気中に配置されたアルミニウム材を550℃の温度で10時間加熱した(加熱工程)。なお、加熱工程後のアルミニウム箔の表面上に形成された誘電体層の厚みは、表1に示すように1μmであった。
静電容量を測定するための試料作製と静電容量の測定方法は、EIAJ規格に定める電解コンデンサ用極低圧用化成箔の静電容量測定方法に基づいて行った。
テーピング法によって評価した。具体的には、幅10mm、長さ100mmの短冊状試料を作製し、誘電体層の表面に、幅15mm、長さ120mmの接着面を有する粘着テープ(住友スリーM株式会社製、商品名「スコッチテープ」)を押し当てた後、粘着テープを引き剥がして、粘着性を次の式に従って評価した。
Claims (8)
- アルミニウム材と、
前記アルミニウム材の表面上に形成された誘電体層と、
前記アルミニウム材と前記誘電体層との間で前記アルミニウム材の表面の少なくとも一部の領域に形成された、アルミニウムと炭素を含む介在層とを備え、
前記誘電体層は、バルブ金属を含む誘電体粒子を含み、
前記誘電体粒子の表面の少なくとも一部に有機物層が形成され、
前記誘電体粒子の粒子径は、5nm以上100nm以下である、電極構造体。 - アルミニウム材と、
前記アルミニウム材の表面上に形成された誘電体層と、
前記アルミニウム材と前記誘電体層との間で前記アルミニウム材の表面の少なくとも一部の領域に形成された、アルミニウムと炭素を含む介在層とを備え、
前記誘電体層は、バルブ金属を含む誘電体粒子を含み、
前記誘電体粒子の表面の少なくとも一部に有機物層が形成され、
前記有機物層の厚みは、1nm以上50nm以下である、電極構造体。 - 前記バルブ金属は、チタン、タンタル、ハフニウム、ジルコニウムおよびニオブからなる群より選ばれたいずれか一種以上である、請求項1または請求項2に記載の電極構造体。
- 前記誘電体層の厚みは、0.5μm以上である、請求項1または請求項2に記載の電極構造体。
- 前記介在層は、結晶化したアルミニウムの炭化物を含む、請求項1または請求項2に記載の電極構造体。
- 前記介在層は、アルミニウム酸化物を含む、請求項1または請求項2に記載の電極構造体。
- 請求項1または請求項2に記載の電極構造体を備えた、コンデンサ。
- 請求項1または請求項2に記載の電極構造体を備えた、電池。
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