JP2017059807A - アルミニウム電解コンデンサ用電極の製造方法 - Google Patents
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- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
Abstract
Description
ルミニウム電解コンデンサ用電極の製造方法であって、前記皮膜耐電圧をVf(V)とし、前記純水ボイル工程によって増加した質量の割合をx(%)としたとき、Vf(V)およびx(%)が、以下の条件式
(0.01×Vf)≦x≦(0.017×Vf+28)
を満たし、前記化成工程では、有機酸あるいはその塩を含み、50℃で測定した比抵抗が5Ωmから500Ωmの水溶液中において、液温が30℃から80℃の条件下で前記アルミニウム電極に化成を行う第1化成処理と、該第1化成処理の後、無機酸あるいはその塩を含み、90℃で測定した比抵抗が10Ωmから1000Ωmの水溶液中において、液温が50℃から95℃の条件下で前記アルミニウム電極に化成を行う第2化成処理と、を行い、前記第1化成処理では、昇圧途中に、リン酸イオンを含む水溶液に前記アルミニウム電極を浸漬する浸漬処理を行うことを特徴とする。
本願発明における「純水ボイル工程によって増加した質量の割合(%)」とは、化成を行う前のアルミニウム電極の質量に対して、純水ボイル工程によって増加した質量の割合(%)を意味し、以下の式(数1)から求められる。
空隙の破壊が起きやすくなる。特に、空隙部の厚さが250μm以上で、400V以上の化成を行う場合には、化成液条件やデポラリゼーション条件を適正化した場合でも、水酸化アルミニウムの析出により目詰まりが起こりやすい。しかるに本発明では、第1化成処理において所定の電圧に昇圧するまでにリン酸イオンを含む水溶液中に1回以上浸漬するため、目詰まりが生じる前に析出した水酸化アルミニウムを効率よく取り除くことができるとともに、その後の水酸化アルミニウムの生成を抑制することができる。従って、多孔質層の空隙内部に有機酸あるいはその塩を含む水溶液が残留することを抑えられる。ここで、リン酸以外の酸、例えば希薄な蓚酸や硫酸などを用いても同様の効果が有るが、リン酸イオンを含む水溶液を用いた場合、化成皮膜内にリン酸イオンを取り込むことにより、沸騰水や酸性溶液への浸漬に対する耐久性を向上する事ができるので、化成皮膜の安定性を効果的に向上することができる。
(0.01×Vf)≦x≦(0.017×Vf+28)
を満たしており、アルミニウム水和膜の厚さが適切である。従って、その後の化成工程において、少ない電気量で十分に厚い酸化皮膜を形成することができる。これに対して、純水ボイル工程で形成されるアルミニウム水和膜の質量が上記条件式の下限を下回ると、その後の化成工程において過剰な発熱が起きてしまい、健全な化成皮膜が形成されない。また、ボイル工程で形成されるアルミニウム水和膜の質量が上記条件式の上限を上回ると、アルミニウム水和膜が過剰に生成して、多孔質層の空隙内に有機酸あるいはその塩を含む水溶液が閉じ込められやすくなってしまう。
(0.078×Vf)≦t≦(0.425×Vf−50)
を満たすことが好ましい。定電圧化成時間の合計時間が上記条件式における下限を下回ると、緻密な化成皮膜の形成が不十分となるために漏れ電流が大きくなる。これに対して、定電圧化成時間の合計時間が上記条件式における上限を上回ると、化成皮膜が過剰に成長して空隙部分が目詰まりし、静電容量が低下する。
図1は、本発明を適用したアルミニウム電極の断面構造を示す説明図であり、図1(a)、(b)は、アルミニウム電極の断面を電子顕微鏡により120倍に拡大して撮影した写真、およびアルミニウム電極の芯材付近を電子顕微鏡により600倍に拡大して撮影した写真である。図2は、本発明を適用したアルミニウム電極の表面を電子顕微鏡により拡大して撮影した写真である。なお、図2には、多孔性アルミニウム電極の表面を1000倍で拡大した写真と、3000倍で拡大した写真とを示してある。
本発明を適用した多孔性アルミニウム電極10の製造方法は、まず、第1工程においてアルミニウム芯材20の表面に、鉄含有量が好ましくは1000質量ppm未満のアルミニウム粉体を含む組成物からなる皮膜を形成する。アルミニウム粉体は、アトマイズ法、メルトスピニング法、回転円盤法、回転電極法、その他の急冷凝固法等により製造されたものである。これらの方法のうち、工業的生産にはアトマイズ法、特にガスアトマイズ法が好ましく、アトマイズ法では、溶湯をアトマイズすることにより粉体を得る。
本形態の化成済みのアルミニウム電極10(アルミニウム電解コンデンサ用電極)を用いてアルミニウム電解コンデンサを製造するには、例えば、化成済みの多孔性アルミニウム電極10(アルミニウム電解コンデンサ用電極)からなる陽極箔と、陰極箔とをセパレータを介在させて巻回してコンデンサ素子を形成する。次に、コンデンサ素子を電解液(ペースト)に含浸する。しかる後には、電解液を含んだコンデンサ素子を外装ケースに収納し、封口体でケースを封口する。
ルミニウム電解コンデンサを製造するには、例えば、化成済みのアルミニウム電極10(アルミニウム電解コンデンサ用電極)からなる陽極の表面に固体電解質層を形成した後、固体電解質層の表面に陰極層を形成し、しかる後に、樹脂等により外装する。その際、陽極に電気的接続する陽極端子と陰極層に電気的接続する陰極端子とを設ける。
図3は、本発明を適用したアルミニウム電解コンデンサ用電極の製造方法を示す説明図であり、図3(a)、(b)は、第1実施形態の化成方法を示す説明図、および第2実施形態の化成方法を示す説明図である。図4は、本発明を適用したアルミニウム電解コンデンサ用電極の製造方法において純水ボイル工程で生成するアルミニウム水和膜量の適正な範囲を示すグラフである。図5は、本発明を適用したアルミニウム電解コンデンサ用電極の製造方法において化成工程で行う定電圧化成時間の適正な範囲を示すグラフである。
x=(0.01×Vf)
で表される。また、xの上限を示す破線L12は、以下の式
x=(0.017×Vf+28)
で表される。従って、本形態では、皮膜耐電圧Vf(V)および割合x(%)が、以下の条件式
(0.01×Vf)≦x≦(0.017×Vf+28)
を満たすように純水ボイル工程ST20の条件を設定する。アルミニウム水和膜の量が適正であると、化成工程ST10において少ない電気量で十分に厚い化成膜を形成することができる。これに対して、アルミニウム水和膜の質量が上記条件式の下限を下回ると、化
成工程ST10において過剰な発熱が起きてしまい、健全な化成皮膜が形成されない。また、アルミニウム水和膜の質量が上記条件式の上限を上回ると、アルミニウム水和膜が過剰になっていまい、多孔質層30の空隙35内に有機酸あるいはその塩を含む水溶液が閉じ込められやすくなってしまう。
ラリゼーション処理ST31を行う。デポラリゼーション処理については、熱デポラリゼーション処理ST32と、液中デポラリゼーション処理ST31とを組み合わせて行うが、いずれの組み合わせの場合も、最後のデポラリゼーション処理については熱デポラリゼーション処理ST32とすることが好ましい。また、熱デポラリゼーション処理ST32のうち、最初に行う熱デポラリゼーション処理ST32の前には、アルミニウム電極10に対して5分間以上の水洗浄処理を行うことが好ましい。図3(a)には、第2化成処理ST12において、熱デポラリゼーション処理ST32、液中デポラリゼーション処理ST31、液中デポラリゼーション処理ST31、および熱デポラリゼーション処理ST32の順に計4回のデポラリゼーション処理を行う場合を示してある。熱デポラリゼーション処理ST32では、例えば、処理温度が450℃〜550℃であり、処理時間は2分〜10分である。液中デポラリゼーション処理ST31では、20質量%〜30質量%リン酸の水溶液中において、液温が60℃〜70℃の条件で皮膜耐電圧に応じて5分〜15分、アルミニウム電極10を浸漬することが好ましい。なお、液中デポラリゼーション処理ST31では、アルミニウム電極10に電圧を印加しない。
t=(0.078×Vf)
で表される。また、保持時間tの上限を示す破線L22は、以下の式
t=(0.425×Vf−50)
で表される。
(0.078×Vf)≦t≦(0.425×Vf−50)
を満たすように化成工程ST10の条件を設定することが好ましい。ここで、第1化成処理ST11および第2化成処理ST12の双方において、定電圧化成を行う場合、定電圧化成の保持時間t(分)は、第1化成処理ST11での定電圧化成の時間と、第2化成処理ST12での定電圧化成の時間との和である。かかる定電圧化成の時間tが上記条件式における下限を下回ると、緻密な化成皮膜の形成が不十分となるために漏れ電流が大きくなる。これに対して、定電圧化成の時間tが上記条件式における上限を上回ると、化成皮膜が過剰に成長して空隙部分が目詰まりし、静電容量が低下する。
(電圧Vc(V))となるまでアルミニウム電極10に定電流化成を行い、第2化成処理ST12では、650V(電圧Vc(V))で定電圧化成を行ってもよい。
次に、本発明の実施例を説明する。まず、表1に示す各種のアルミニウム電極10、表2に示す化成液A(A1、A2)、B(B1、B2)、および液温が50℃で、60℃で測定した比抵抗が0.2Ωmのリン酸水溶液を準備する。次に、アルミニウム電極10を表3に示す条件で化成を行ってアルミニウム電解コンデンサ用電極を作製した。また、表3に示す条件で化成を行ったアルミニウム電極10(アルミニウム電解コンデンサ用電極)に対して、皮膜耐電圧、静電容量(CV積値)、および漏れ電流を測定し、それらの結果を表4に示す。なお、化成電圧は800Vであり、耐電圧や静電容量の測定は、JEITA規格に準じる形で行った。また、アルミニウム粉体の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布計により測定した。
20・・アルミニウム芯材
30・・多孔質層
35・・空隙
ST10・・化成工程
ST11・・第1化成処理
ST12・・第2化成処理
ST20・・純水ボイル工程
ST21・・浸漬処理
Claims (6)
- 平均粒径1μmから10μmのアルミニウム粉体を焼結して成る多孔質層がアルミニウム芯材の表面に150μmから3000μmの厚さで積層されたアルミニウム電極を純水中でボイルする純水ボイル工程と、
該純水ボイル工程の後、前記アルミニウム電極に皮膜耐電圧が400V以上となるまで化成する化成工程と、
を有するアルミニウム電解コンデンサ用電極の製造方法であって、
前記皮膜耐電圧をVf(V)とし、前記純水ボイル工程によって増加した質量の割合をx(%)としたとき、Vf(V)およびx(%)が、以下の条件式
(0.01×Vf)≦x≦(0.017×Vf+28)
を満たし、
前記化成工程では、
有機酸あるいはその塩を含み、50℃で測定した比抵抗が5Ωmから500Ωmの水溶液中において、液温が30℃から80℃の条件下で前記アルミニウム電極に化成を行う第1化成処理と、
該第1化成処理の後、無機酸あるいはその塩を含み、90℃で測定した比抵抗が10Ωmから1000Ωmの水溶液中において、液温が50℃から95℃の条件下で前記アルミニウム電極に化成を行う第2化成処理と、
を行い、
前記第1化成処理では、昇圧途中に、リン酸イオンを含む水溶液に前記アルミニウム電極を浸漬する浸漬処理を行うことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用電極の製造方法。 - 前記第1化成処理では、電源電圧が400V以上となるまで前記アルミニウム電極に化成を行うことを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム電解コンデンサ用電極の製造方法。
- 前記リン酸イオンを含む水溶液は、液温が40℃から80℃であり、60℃で測定した比抵抗が0.1Ωmから5Ωmであるリン酸水溶液であり、当該リン酸水溶液に対する前記アルミニウム電極の浸漬時間が3分から30分であることを特徴とする請求項1または2に記載のアルミニウム電解コンデンサ用電極の製造方法。
- 前記第1化成処理では、電源電圧が第1電圧Va(V)となるまで前記アルミニウム電極に定電流化成を行い、
前記第2化成処理では、電源電圧が前記第1電圧Va(V)より高い第2電圧Vb(V)となるまで前記アルミニウム電極に定電流化成を行い、
前記第1化成処理および前記第2化成処理のうち、少なくとも前記第2化成処理では、前記定電流化成での最終到達電圧で定電圧化成を行うことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載のアルミニウム電解コンデンサ用電極の製造方法。 - 前記第1化成処理では、電源電圧が電圧Vc(V)となるまで前記アルミニウム電極に定電流化成を行い、
前記第1化成処理および前記第2化成処理のうち、少なくとも前記第2化成処理では、前記電圧Vc(V)で定電圧化成を行うことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載のアルミニウム電解コンデンサ用電極の製造方法。 - 前記皮膜耐電圧をVf(V)とし、前記定電圧化成の時間をt(分)としたとき、Vc(V)およびt(分)は、以下の条件式
(0.078×Vf)≦t≦(0.425×Vf−50)
を満たすことを特徴とする請求項4または5に記載のアルミニウム電解コンデンサ用電極
の製造方法。
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