JP2018152440A - Separator for solid electrolytic capacitor or hybrid electrolytic capacitor, and solid electrolytic capacitor or hybrid electrolytic capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウム電解コンデンサに好適なセパレータおよび該セパレータを用いたアルミニウム電解コンデンサに関するものである。 The present invention relates to a separator suitable for an aluminum electrolytic capacitor and an aluminum electrolytic capacitor using the separator.
昨今、パーソナルコンピュータ(以下、「パソコン」と称す。)、家庭用ゲーム機、自動車電装機器等の電子機器の高性能化が著しく進んでおり、それと同時にこれら機器等の小型化も強く求められている。そのため、これらに用いられる電子回路基板等に搭載される部品にも小型化のニーズが高まっている。 In recent years, the performance of electronic devices such as personal computers (hereinafter referred to as “PCs”), home-use game machines, and automobile electrical equipment has been remarkably advanced, and at the same time, downsizing of these devices has been strongly demanded. Yes. For this reason, there is a growing need for downsizing of components mounted on electronic circuit boards and the like used for these.
導電性高分子を陰極材料に用いたアルミニウム電解コンデンサ(以下、「固体電解コンデンサ」と称す。)は、電解液を陰極材料に用いたアルミニウム電解コンデンサと比べ、ESR(等価直列抵抗)特性が良好であることから員数削減による小型化が可能であり、パソコンやゲーム機等に使用されている。
また、パソコン等では、CPUの高速化・高機能化が求められており、動作周波数が一段と高周波化している。
An aluminum electrolytic capacitor using a conductive polymer as a cathode material (hereinafter referred to as “solid electrolytic capacitor”) has better ESR (equivalent series resistance) characteristics than an aluminum electrolytic capacitor using an electrolyte as a cathode material. Therefore, it can be miniaturized by reducing the number of people and is used in personal computers and game machines.
In addition, in a personal computer or the like, there is a demand for higher speed and higher functionality of the CPU, and the operating frequency is further increased.
電解液を用いたアルミニウム電解コンデンサの伝導機構はイオン伝導であるが、固体電解コンデンサの伝導機構は電子伝導であり高伝導度を示す。つまり、蓄えた電子を放出する応答性が良いことから、低ESR特性となり、電源回路の中でもCPU周りに用いるコンデンサとしてメリットがある。 Although the conduction mechanism of an aluminum electrolytic capacitor using an electrolytic solution is ionic conduction, the conduction mechanism of a solid electrolytic capacitor is electronic conduction and exhibits high conductivity. That is, since the responsiveness to discharge the stored electrons is good, the ESR characteristic is low, and there is a merit as a capacitor used around the CPU in the power supply circuit.
また近年は、陰極材料として、導電性高分子と電解液とを共に使用した、導電性高分子ハイブリッドアルミニウム電解コンデンサ(以下、「ハイブリッド電解コンデンサ」と称す。)がコンデンサメーカー各社より上市されており、低ESR特性であることと、ショート不良がないことが必須要件である自動車電装機器用途にも用いられてきている。 Recently, conductive polymer hybrid aluminum electrolytic capacitors (hereinafter referred to as “hybrid electrolytic capacitors”) using both conductive polymers and electrolytes as cathode materials have been marketed by capacitor manufacturers. It has also been used for automotive electrical equipment applications where low ESR characteristics and absence of short circuit defects are essential requirements.
陰極材料である導電性高分子をコンデンサ素子内に保持させる方法として、コンデンサ素子内にて導電性高分子を重合させる方法と、あらかじめ重合した導電性高分子をコンデンサ素子内に含浸させる方法とがある。 As a method of holding the conductive polymer as the cathode material in the capacitor element, there are a method of polymerizing the conductive polymer in the capacitor element and a method of impregnating the capacitor element with a prepolymerized conductive polymer. is there.
コンデンサ素子内において導電性高分子を重合させる場合、モノマー及び酸化剤を含む溶液(以下、「重合液」と称す。)をコンデンサ素子に含浸後、加熱・乾燥して重合させ、導電性高分子層をコンデンサ素子内に形成させている。 When polymerizing a conductive polymer in a capacitor element, the capacitor element is impregnated with a solution containing a monomer and an oxidant (hereinafter referred to as “polymerization solution”), and then heated and dried to polymerize the conductive polymer. A layer is formed in the capacitor element.
あらかじめ重合した導電性高分子を含浸させる場合、導電性高分子を水に分散させた懸濁液(以下、「分散液」と称す。)をコンデンサ素子に含浸後、加熱・乾燥し、導電性高分子層をコンデンサ素子内に形成させる。 When impregnating a conductive polymer that has been polymerized in advance, the capacitor element is impregnated with a suspension in which the conductive polymer is dispersed in water (hereinafter referred to as “dispersion liquid”), and then heated and dried. A polymer layer is formed in the capacitor element.
重合液と分散液の何れの場合においても、導電性高分子層の形成状態の良し悪しが固体電解コンデンサ及びハイブリッド電解コンデンサのESR特性を決定付けることとなる。 In any case of the polymerization liquid and the dispersion liquid, the quality of the conductive polymer layer is determined to determine the ESR characteristics of the solid electrolytic capacitor and the hybrid electrolytic capacitor.
これまでに、固体電解コンデンサ及びハイブリッド電解コンデンサ用セパレータとして、例えば、特許文献1乃至5に記載された技術が開示されていた。 So far, for example, the techniques described in Patent Documents 1 to 5 have been disclosed as separators for solid electrolytic capacitors and hybrid electrolytic capacitors.
特許文献1には、セパレータの熱分解減量後の空隙率が85%以上であるセパレータが提案されており、固体電解質の保存率が増加する旨記載されている。特許文献1記載のセパレータを使用することで、電気的特性を改善することができる。 Patent Document 1 proposes a separator having a porosity of 85% or more after the thermal decomposition loss of the separator, and describes that the storage rate of the solid electrolyte is increased. By using the separator described in Patent Document 1, the electrical characteristics can be improved.
また、特許文献2には、セパレータの比重を基にしてセパレータの密度を調節することで、空孔率を60〜86%にしたセパレータが記載されており、導電性高分子の担持性に優れたセパレータが提案されている。このセパレータを使用することで、ESRが低い固体電解コンデンサを提供することができるとされている。 Patent Document 2 describes a separator having a porosity of 60 to 86% by adjusting the density of the separator based on the specific gravity of the separator, and is excellent in carrying property of the conductive polymer. A separator has been proposed. It is said that a solid electrolytic capacitor having a low ESR can be provided by using this separator.
さらに、特許文献3には、セルロース繊維からなる微多孔膜が提案されている。特に、微細化処理を施したセルロース繊維をキャスト塗工することによりセパレータを得る技術が開示されており、繊維径1μm以上のセルロース繊維をセルロース繊維の全重量を基準として5重量%以上含有させることで、セパレータの体積抵抗率を制御できることが記載されている。このセパレータを使用することで、電気化学素子に良好に対応できる。 Furthermore, Patent Document 3 proposes a microporous membrane made of cellulose fibers. In particular, a technique for obtaining a separator by casting a finely-treated cellulose fiber is disclosed, and a cellulose fiber having a fiber diameter of 1 μm or more is contained in an amount of 5% by weight or more based on the total weight of the cellulose fiber. It is described that the volume resistivity of the separator can be controlled. By using this separator, it can cope with an electrochemical element satisfactorily.
特許文献4には、セパレータにイオン交換能物を0.1%以上含有させたセパレータが記載されており、イオン伝導を円滑にさせることができるとされている。このセパレータを使用することで、キャパシタの内部抵抗を低減できるとされている。 Patent Document 4 describes a separator containing 0.1% or more of an ion-exchangeable substance in the separator, and it is said that ion conduction can be made smooth. It is said that the internal resistance of the capacitor can be reduced by using this separator.
特許文献5には、半芳香族ポリアミド樹脂からなる繊維を含有した、導電性高分子との馴染みが良好なセパレータが記載されており、特許文献5に記載されたセパレータを用いることで、アルミニウム電解コンデンサのESRが低減できるとされている。 Patent Document 5 describes a separator that contains fibers made of a semi-aromatic polyamide resin and is well-familiar with a conductive polymer. By using the separator described in Patent Document 5, aluminum electrolysis can be performed. It is said that the ESR of the capacitor can be reduced.
特許文献1及び2に記載されたコンデンサにおいては、固体電解コンデンサの低ESR化には、導電性高分子の保存率及び担持性が重要であると認定して、その指標として、セパレータの空隙率や空孔率が用いられている。しかしながら、特許文献1及び2で開示されているようなセパレータを用いたESRが良好なコンデンサにも、近年、更なるESR低減の要求が高まっている。 In the capacitors described in Patent Documents 1 and 2, it is recognized that the storage rate and supportability of the conductive polymer are important for lowering the ESR of the solid electrolytic capacitor. And porosity are used. However, in recent years, there has been an increasing demand for ESR reduction in capacitors having good ESR using a separator as disclosed in Patent Documents 1 and 2.
特許文献3及び4に記載されたコンデンサにおいては、セパレータのイオン伝導の円滑化、或いは、体積抵抗率の制御をしているが、固体電解コンデンサの伝導機構は、電解液中によるイオン伝導ではなく、導電性高分子による電子伝導であり、このようなセパレータでは、ESR低減効果が満足な結果とならなかった。 In the capacitors described in Patent Documents 3 and 4, the ionic conduction of the separator is smoothed or the volume resistivity is controlled. However, the conduction mechanism of the solid electrolytic capacitor is not ionic conduction in the electrolytic solution. In such separators, the ESR reduction effect was not a satisfactory result.
特許文献5においては、合繊繊維として半芳香族ポリアミド樹脂を含有させたセパレータが提案されている。このセパレータは、導電性高分子重合液との馴染みがよく、含浸性が良好であると記載されている。また、このセパレータを使用することで、ESRを低減することができる旨記載されているが、近年は更なるESR低減の要求が高まっている。 In Patent Document 5, a separator containing a semi-aromatic polyamide resin as a synthetic fiber is proposed. It is described that this separator is well-familiar with the conductive polymer polymerization solution and has good impregnation properties. Moreover, although it is described that ESR can be reduced by using this separator, in recent years, there is an increasing demand for further ESR reduction.
このように、これまでにも、アルミニウム電解コンデンサのESRを低減するセパレータとして、電解液や導電性高分子の重合液或いは分散液との化学的な親和性が良好なセパレータや、空隙率等を制御したセパレータが提案されているが、近年、アルミニウム電解コンデンサには更なる低ESR化が求められており、これら従来のセパレータにも、更なるESR低減効果が求められてきている。 Thus, as a separator for reducing the ESR of an aluminum electrolytic capacitor, a separator having a good chemical affinity with an electrolytic solution or a polymerized liquid or dispersion of a conductive polymer, a porosity, etc. Although controlled separators have been proposed, in recent years, further reduction in ESR has been demanded for aluminum electrolytic capacitors, and further conventional ESR reduction effects have also been demanded for these conventional separators.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、更なるESRの低減を実現したアルミニウム電解コンデンサ用セパレータ及びアルミニウム電解コンデンサを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the separator for aluminum electrolytic capacitors and the aluminum electrolytic capacitor which implement | achieved further reduction of ESR.
上述した課題を解決し、上記した目的を達成する一手段として本発明に係る発明の実施の形態は、例えば以下の構成を備える。
即ち、シート状に成形され、一対の電極の間に介在するアルミニウム電解コンデンサ用セパレータであって、前記シートは、連結性密度が(0.00005〜0.00025μm-3)の範囲、かつ繊維の充填率が(15.0〜45.0%)であることを特徴とする。
As a means for solving the above-described problems and achieving the above-described object, an embodiment of the invention according to the present invention has the following configuration, for example.
That is, a separator for an aluminum electrolytic capacitor that is formed into a sheet shape and interposed between a pair of electrodes, wherein the sheet has a connectivity density in a range of (0.00005 to 0.00025 μm −3 ), The filling rate is (15.0-45.0%).
そして例えば、前記シートの材料として少なくともフィブリル化繊維を含み、前記シートのフィブリル化率が(5.0〜15.0%)であることを特徴とする。
また例えば、前記フィブリル化繊維にはフィブリル化セルロースを含むことを特徴とする。
For example, the sheet material includes at least fibrillated fibers, and the fibrillation rate of the sheet is (5.0 to 15.0%).
Further, for example, the fibrillated fiber includes fibrillated cellulose.
又は、更に例えば、一対の電極の間に上記した各アルミニウム電解コンデンサ用セパレータを介在することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサとする。
そして例えば、前記一対の電極のうちの陰極として導電性高分子を用いることを特徴とする。
Alternatively, for example, an aluminum electrolytic capacitor is characterized in that the above-described separator for an aluminum electrolytic capacitor is interposed between a pair of electrodes.
For example, a conductive polymer is used as the cathode of the pair of electrodes.
本発明のセパレータをアルミニウム電解コンデンサに用いることで、大きくESRを低減することができる。 By using the separator of the present invention for an aluminum electrolytic capacitor, ESR can be greatly reduced.
以下、本発明に係る発明の実施の形態について、図面も参照して詳細に説明する。
本件発明者らは、ESRの低減について鋭意検討した。その結果、更なるコンデンサの低ESR化には、セパレータ内部の電子伝導経路を連続的に形成させることが必要であることがわかった。
セパレータ内部の電子伝導経路を連続的に形成させるためには、電子伝導経路となる導電性高分子層がセパレータ内部で連続的に形成されるセパレータ内部構造とすることが重要であることが判明した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The inventors of the present invention diligently studied about reduction of ESR. As a result, it was found that it is necessary to continuously form an electron conduction path inside the separator in order to further reduce the ESR of the capacitor.
In order to continuously form the electron conduction path inside the separator, it has been found that it is important to have a separator internal structure in which the conductive polymer layer that becomes the electron conduction path is continuously formed inside the separator. .
一般に、アルミニウム電解コンデンサにおいては、導電性高分子の重合液或いは分散液は、保持体であるセパレータの毛細管現象を利用して繊維表面を吸い上がる。これを加熱・乾燥することで、セパレータを構成する繊維表面に電子伝導経路となる導電性高分子層が形成される。このため、セパレータの内部構造を制御することが重要であると判明した。 In general, in an aluminum electrolytic capacitor, a polymer solution or dispersion of a conductive polymer sucks up the fiber surface by utilizing the capillary phenomenon of a separator as a holding body. By heating and drying this, a conductive polymer layer serving as an electron conduction path is formed on the fiber surface constituting the separator. For this reason, it turned out that it is important to control the internal structure of a separator.
このため、セパレータの内部構造を制御し、セパレータ内部に連続した網目のような繊維構造を形成することで、電子伝導経路を連続的に形成できる。この電子伝導経路を連続的に形成したセパレータを用いたアルミニウム電解コンデンサにおいては、ESRをより低減することが可能となる。 For this reason, an electron conduction path | route can be formed continuously by controlling the internal structure of a separator and forming the fiber structure like the continuous mesh inside a separator. In an aluminum electrolytic capacitor using a separator in which the electron conduction path is continuously formed, ESR can be further reduced.
本発明に係る実施の形態では、セパレータ内部の網目のような繊維構造の連続性と繊維同士の間隙に注目し、一定範囲の連結性密度及び繊維の充填率となる構成にしている。 In the embodiment according to the present invention, attention is paid to the continuity of the fiber structure such as the mesh inside the separator and the gap between the fibers, and the structure has a connectivity density and a fiber filling rate within a certain range.
本実施の形態のセパレータは、一対の電極の間に介在するアルミニウム電解コンデンサ用セパレータであって、該セパレータの連結性密度としては、(0.00005〜0.00025μm-3)の範囲であることが好ましい。より好ましくは(0.00009〜0.00018μm-3)の範囲である。 The separator of the present embodiment is an aluminum electrolytic capacitor separator interposed between a pair of electrodes, and the connectivity density of the separator is in the range of (0.00005 to 0.00025 μm −3 ). Is preferred. More preferably, it is in the range of (0.00009 to 0.00018 μm −3 ).
更に、繊維の充填率は、(15.0〜45.0%)の範囲であることが好ましい。
本実施の形態においては、セパレータの内部構造を連結性密度及び繊維の充填率によって制御している。即ち、セパレータ内部の網目のような繊維構造の連続性と繊維同士の間隙を制御している。
Furthermore, it is preferable that the filling rate of the fiber is in the range of (15.0 to 45.0%).
In the present embodiment, the internal structure of the separator is controlled by the connectivity density and the fiber filling rate. That is, the continuity of the fiber structure such as the mesh inside the separator and the gap between the fibers are controlled.
従来のセパレータで提案されている空隙率や空孔率は、セパレータの真比重と密度とから算出される値であり、セパレータの内部構造を考慮したものではない。このため、空隙率や空孔率が同じ値であっても、セパレータの内部構造が異なる場合があった。 The porosity and porosity proposed for conventional separators are values calculated from the true specific gravity and density of the separator, and do not take into account the internal structure of the separator. For this reason, even if the porosity and porosity are the same, the internal structure of the separator may be different.
繊維は、その内部に空間を有する場合や、空間を有しない場合でも、繊維中に別種の物質を含有している場合がある。従来用いられている空孔率や空隙率は、セパレータを構成する繊維材料の真比重とセパレータの密度とから算出される値であるため、空孔率や空隙率とセパレータ内部に存在する空間の体積とは必ずしも一致しなかった。 Even if the fiber has a space inside or does not have a space, the fiber may contain a different kind of substance in the fiber. Since the porosity and porosity used conventionally are values calculated from the true specific gravity of the fiber material constituting the separator and the density of the separator, the porosity and porosity and the space existing inside the separator are It did not necessarily match the volume.
つまり、電解液や導電性高分子と直接接触しない空孔が存在する場合や、セパレータに用いられる繊維を構成する素材の比重のみから空孔率を算出することが適さない場合があった。
That is, there are cases where there are pores that are not in direct contact with the electrolytic solution or the conductive polymer, or there are cases where it is not appropriate to calculate the porosity from only the specific gravity of the material constituting the fiber used in the separator.
本発明の実施の形態では、これらの要素を排除し、セパレータの内部構造を直接的に測ることを目的として、従来の空隙率や空孔率ではなく、連結性密度及び繊維の充填率を採用することとした。
つまり、本実施の形態ではセパレータ内部の網目のような連続する繊維構造の形成に大きく影響するセパレータの連結性密度及び繊維の充填率を、コンデンサのESR特性を決定付ける電子伝導経路の連続性をはかる指標として用いた。
In the embodiment of the present invention, in order to eliminate these elements and directly measure the internal structure of the separator, the connectivity density and the fiber filling rate are employed instead of the conventional porosity and porosity. It was decided to.
In other words, in this embodiment, the connectivity density of the separator and the fiber filling rate that greatly affect the formation of a continuous fiber structure such as a mesh inside the separator, and the continuity of the electron conduction path that determines the ESR characteristics of the capacitor are used. Used as a measure index.
連結性密度が0.00025μm-3超では、セパレータ内部の繊維構造の連結性が高くなりすぎることで、セパレータ内部構造が過度に緻密になり、毛細管現象を利用して含浸される導電性高分子の重合液や分散液が吸い上がっていかず、電子伝導経路が連続的に形成できない場合がある。仮に、減圧処理等によって、導電性高分子の重合液や分散液をセパレータに強制的に含浸した場合でも、重合・乾燥した後の導電性高分子層の形成ムラが生じる場合や、繊維表面に切れ目なく導電性高分子層を形成することができない場合がある。 When the connectivity density exceeds 0.00025 μm −3 , the connectivity of the fiber structure inside the separator becomes too high, so that the separator internal structure becomes excessively dense and impregnated using the capillary phenomenon. In some cases, the polymerization liquid or dispersion liquid is not sucked up and the electron conduction path cannot be formed continuously. Even if the separator is forcibly impregnated with a polymer solution or dispersion liquid of a conductive polymer by decompression treatment or the like, uneven formation of the conductive polymer layer after polymerization and drying may occur, In some cases, the conductive polymer layer cannot be formed without a break.
また、連結性密度が0.00005μm-3未満では、セパレータ内部の繊維構造の連続性が低くなり、繊維を介して形成される導電性高分子層の連続性も低下する場合がある。これにより、何れの場合においても、電極箔間のセパレータの繊維構造を介して形成される電子伝導経路が連続的に形成できず、ESRを十分に低減できない。 When the connectivity density is less than 0.00005 μm −3 , the continuity of the fiber structure inside the separator is lowered, and the continuity of the conductive polymer layer formed through the fibers may be lowered. Thereby, in any case, the electron conduction path formed through the fiber structure of the separator between the electrode foils cannot be continuously formed, and the ESR cannot be sufficiently reduced.
繊維の充填率が45.0%超では、繊維同士の間隙が過度に狭くなることで、連結性密度が0.00025μm-3を超過したときと同様の理由により、電子伝導経路が連続的に形成できない場合がある。また、繊維の充填率が15.0%未満では、繊維同士の間隙が過度に広いため、毛細管現象により導電性高分子の重合液及び分散液が繊維間を吸い上がっていく力が弱くなる。このため、何れの場合においても、連続的な導電性高分子層の形成が不十分であり、ESRを十分に低減できない。 When the fiber filling ratio exceeds 45.0%, the gap between the fibers becomes excessively narrow, so that the electron conduction path is continuous for the same reason as when the connectivity density exceeds 0.00025 μm −3. It may not be formed. Further, when the fiber filling rate is less than 15.0%, the gap between the fibers is excessively wide, so that the force of the conductive polymer polymerization solution and dispersion sucking up between the fibers due to the capillary phenomenon is weakened. For this reason, in any case, formation of a continuous conductive polymer layer is insufficient, and ESR cannot be sufficiently reduced.
セパレータの連結性密度を(0.00005〜0.00025μm-3)の範囲、かつ、繊維の充填率を(15.0〜45.0%)の範囲とすることで、ESRを低減できる。
連結性密度及び繊維の充填率の両方、又は何れか一方が上記範囲を満たしていない場合、何れか一方が上記範囲を満たしていても、上述の理由により電子伝導経路が連続的に形成できず、ESRを十分に低減できない。
ESR can be reduced by setting the connectivity density of the separator in the range of (0.00005 to 0.00025 μm −3 ) and the fiber filling rate in the range of (15.0 to 45.0%).
When both connectivity density and fiber filling rate, or one of them does not satisfy the above range, even if either one satisfies the above range, the electron conduction path cannot be formed continuously for the above reasons. , ESR cannot be reduced sufficiently.
例えば、セパレータの連結性密度及び繊維の充填率はX線マイクロCTを用いた三次元画像解析により算出できる。
なお、ここでいう連結性密度とは、単位体積あたりの連結性である。さらに、ここでの連結性とは、物体を2つに分けることなく切断できる最大回数である。
For example, the connectivity density of the separator and the fiber filling rate can be calculated by three-dimensional image analysis using X-ray micro CT.
The connectivity density referred to here is connectivity per unit volume. Furthermore, the connectivity here is the maximum number of times that an object can be cut without being divided into two.
本実施の形態では、X線マイクロCTでは、360度全方向からセパレータのX線透過画像を撮影し、得られた透過画像から再構成演算を行い、断面画像群を生成する。その再構成断面画像群からセパレータの3Dモデルを構築し、セパレータ内部の繊維の連続性を解析することで、連結性を算出している。 In the present embodiment, in the X-ray micro CT, an X-ray transmission image of the separator is taken from all directions of 360 degrees, and a reconstruction calculation is performed from the obtained transmission image to generate a cross-sectional image group. The connectivity is calculated by building a 3D model of the separator from the reconstructed cross-sectional image group and analyzing the continuity of the fibers inside the separator.
例えば、図1に示す例のように、中身の詰まった球状の場合、一回の切断で物体が分割されるので、連結性は0となる(図2)。ドーナツ状では二回の切断で物体が分割されるので、連結性は1となり(図3)、ブタ鼻状では連結性は2となる(図4)。更に複雑なレンコン状の場合では、連結性は8となる。
図2乃至図4は、図1に示した球状、ドーナツ状、ブタ鼻状の形態の場合の連結性の算出方法を、より具体的に示した図である。
For example, as in the example shown in FIG. 1, in the case of a sphere filled with contents, the object is divided by one cutting, and thus the connectivity is 0 (FIG. 2). In the donut shape, the object is divided by two cuts, so the connectivity is 1 (FIG. 3), and in the pig nose shape, the connectivity is 2 (FIG. 4). In the case of a more complicated lotus root, the connectivity is 8.
2 to 4 are diagrams more specifically illustrating the connectivity calculation method in the case of the spherical shape, the donut shape, and the pig nose shape shown in FIG.
単位体積あたりにおいて、この連結性が高いほど連結性密度が高く、セパレータ内部の繊維の網目のような構造の連続性が高いといえる。
また、ここでの繊維の充填率とは、X線マイクロCTを用いて撮影、再構築した3Dモデルを解析して算出した繊維体積を、セパレータ体積で除したあと100倍した値である。
The higher the connectivity, the higher the connectivity density per unit volume, and the higher the continuity of the structure like the fiber network inside the separator.
Further, the fiber filling rate here is a value obtained by dividing the fiber volume calculated by analyzing a 3D model imaged and reconstructed using X-ray micro CT and multiplying it by the separator volume and multiplying by 100.
そして、例えばセパレータのフィブリル化率を(5.0〜15.0%)の範囲に制御することで、セパレータの連結性密度及び繊維の充填率を上記範囲とすることができる。
フィブリル化率が5.0%未満では、連結性密度或いは充填率が上記範囲を下回る場合があり、フィブリル化率が15.0%を超過すると、連結性密度或いは充填率が上記範囲を超過する場合がある。
And the connectivity density of a separator and the filling rate of a fiber can be made into the said range by controlling the fibrillation rate of a separator in the range of (5.0-15.0%), for example.
When the fibrillation rate is less than 5.0%, the connectivity density or filling rate may be lower than the above range, and when the fibrillation rate exceeds 15.0%, the connectivity density or filling rate exceeds the above range. There is a case.
なお、ここでいうフィブリル化率とは、セパレータを構成するフィブリルの面積を、フィブリルとフィブリルの発生源となった繊維の総面積で除して100倍した値のことである。
さらに、ここでのフィブリルとは、図5に示すように、例えば、繊維を機械的外力などで処理した時に発生するもとの繊維より細いひげ状の糸状体のことである。
Here, the fibrillation rate is a value obtained by dividing the fibril area constituting the separator by the total area of the fibrils and the fibers that generated the fibrils and multiplying by 100.
Furthermore, the fibril here is, for example, a whisker-like thread-like body that is thinner than the original fiber that is generated when the fiber is treated with a mechanical external force or the like, as shown in FIG.
例えば、フィブリル化繊維を用いることで、セパレータのフィブリル化率を上記範囲とできる。
繊維のフィブリル化の手段としては、例えば叩解処理を挙げることができる。繊維の叩解に用いる設備には特に限定はない。一般的にはビーター、コニカルリファイナー、ディスクリファイナー、高圧ホモジナイザーなどが挙げられる。
For example, by using fibrillated fibers, the fibrillation rate of the separator can be in the above range.
Examples of the means for fibrillation of fibers include beating treatment. There is no particular limitation on the equipment used for beating the fibers. In general, a beater, a conical refiner, a disc refiner, a high-pressure homogenizer, and the like can be given.
本実施の形態で使用する各繊維は、単独で叩解したものを抄紙前に混合してもよく、混合したものを叩解してもよい。また、所望のフィブリル化率を得ることができれば、叩解された繊維に限定されるものではなく、合成パルプのように、フィブリル状の構造をもつように製造された繊維を用いてもよい。 Each fiber used in the present embodiment may be beaten alone or mixed before paper making, or may be beaten after mixing. Moreover, as long as a desired fibrillation rate can be obtained, the fibers are not limited to beaten fibers, and fibers manufactured to have a fibrillar structure such as synthetic pulp may be used.
フィブリル化繊維の繊維種には特に制限はなく、天然繊維や合成繊維を用いることができる。中でも、水酸基の作用による親水性及び機械的強度の観点から、セルロース繊維が好ましく、特に導電性高分子に対する親和性から、天然セルロース繊維がより好ましい。 The fiber type of the fibrillated fiber is not particularly limited, and natural fiber or synthetic fiber can be used. Among these, cellulose fibers are preferable from the viewpoint of hydrophilicity and mechanical strength due to the action of hydroxyl groups, and natural cellulose fibers are more preferable from the viewpoint of affinity for conductive polymers.
また、セパレータの形成時の必要性や、取扱時の機械強度を考慮して、バインダー繊維を用いることができる。
但し、セパレータの連結性密度及び繊維の充填率を上記範囲に制御できさえすればよく、上記のフィブリル化繊維を用いる方法に限定されるものではない。
In consideration of the necessity at the time of forming the separator and the mechanical strength at the time of handling, binder fibers can be used.
However, it is only necessary to be able to control the connectivity density of the separator and the filling rate of the fibers within the above ranges, and the method is not limited to the method using the fibrillated fibers.
本実施の形態のセパレータの厚さ及び密度は、所望のアルミニウム電解コンデンサの特性を満足するものを、特に限定なく採用できる。一般的に、厚さ(20〜70μm)、密度(0.20〜0.60g/cm3)程度の厚さ及び密度のセパレータが使用されているが、本実施の形態のセパレータはこの範囲に限定されるものではない。 As the thickness and density of the separator of the present embodiment, those satisfying desired characteristics of the aluminum electrolytic capacitor can be employed without any particular limitation. In general, a separator having a thickness and density of about 20 to 70 μm and a density (0.20 to 0.60 g / cm 3 ) is used, but the separator according to the present embodiment falls within this range. It is not limited.
本実施の形態例において、セパレータシートとしては抄紙法を用いて形成した湿式不織布を採用した。セパレータの抄紙形式は、セパレータの連結性密度及び繊維の充填率を満足することができれば特に限定はなく、長網抄紙や短網抄紙、円網抄紙といった抄紙形式が使用でき、またこれらの抄紙法によって形成された層を複数合わせたものであってもよい。また、抄紙に際しては、コンデンサ用セパレータに影響を与えない程度の不純物含有量であれば、分散剤や消泡剤、紙力増強剤などの添加剤を加えてもよい。 In the present embodiment, a wet nonwoven fabric formed using a papermaking method was employed as the separator sheet. The paper making format of the separator is not particularly limited as long as the connectivity density and fiber filling rate of the separator can be satisfied, and paper making formats such as long net paper, short net paper, and circular net paper can be used. A plurality of layers formed by the above may be combined. In addition, when making paper, additives such as a dispersant, an antifoaming agent, and a paper strength enhancer may be added as long as the impurity content does not affect the capacitor separator.
更に、紙層形成後に紙力増強加工、親液加工、カレンダ加工、エンボス加工等の加工を施してもよい。所望の連結性密度と充填率を満足できれば、紙力増強加工や親水加工等の塗工量に特に限定はないが、例えば、5質量%程度までであれば、連結性密度と充填率に影響を与えにくい。 Further, after the paper layer is formed, processing such as paper strength enhancement processing, lyophilic processing, calendar processing, embossing processing, and the like may be performed. If the desired connectivity density and filling rate can be satisfied, the coating amount for paper strength enhancement processing and hydrophilic processing is not particularly limited, but for example, up to about 5% by mass affects the connectivity density and filling rate. It is hard to give.
本実施の形態のアルミニウム電解コンデンサは、セパレータとして上記構成のセパレータを用いて、一対の電極の間にセパレータを介在させ、陰極材料として導電性高分子を使用した。
以上の構成を採用することにより、本実施の形態のセパレータは連続的な電子伝導経路の形成に寄与する。そして、このセパレータを、陰極材料として導電性高分子を用いたアルミニウム電解コンデンサに用いることで、低ESRであるアルミニウム電解コンデンサを得ることができる。
In the aluminum electrolytic capacitor of the present embodiment, the separator having the above configuration is used as a separator, a separator is interposed between a pair of electrodes, and a conductive polymer is used as a cathode material.
By adopting the above configuration, the separator of the present embodiment contributes to the formation of a continuous electron conduction path. Then, by using this separator for an aluminum electrolytic capacitor using a conductive polymer as a cathode material, an aluminum electrolytic capacitor having a low ESR can be obtained.
〔セパレータ及びアルミニウム電解コンデンサの特性の測定方法〕
本実施の形態のセパレータ及びアルミニウム電解コンデンサの各特性の具体的な測定は、以下の条件及び方法で行った。
〔厚さ〕
「JIS C 2300−2 『電気用セルロース紙-第2部:試験方法』 5.1 厚さ」に規定された、「5.1.1 測定器および測定方法 a外側マイクロメータを用いる場合」のマイクロメータを用いて、「5.1.3 紙を折り重ねて厚さを測る場合」の10枚に折り重ねる方法で、セパレータの厚さを測定した。
[Method of measuring characteristics of separator and aluminum electrolytic capacitor]
Specific measurement of each characteristic of the separator and the aluminum electrolytic capacitor of the present embodiment was performed under the following conditions and methods.
〔thickness〕
As defined in “JIS C 2300-2“ Electrical cellulose paper-Part 2: Test method ”5.1 Thickness”, “5.1.1 Measuring instrument and measuring method a When using an external micrometer” Using a micrometer, the thickness of the separator was measured by the method of folding it into 10 sheets as described in “5.1.3 When measuring thickness by folding paper”.
〔密度〕
「JIS C 2300−2 『電気用セルロース紙-第2部:試験方法』 7.0A 密度」のB法に規定された方法で、絶乾状態のセパレータの密度を測定した。
〔フィブリル化率〕
kajaaniFiberLab(メッツォオートメーション株式会社製)を用いて測定したFibrillationの値を、フィブリル化率とした。
〔density〕
The density of the absolutely dried separator was measured by the method defined in Method B of “JIS C 2300-2“ Electric Cellulose Paper—Part 2: Test Method ”7.0 A Density”.
[Fibrillation rate]
The value of fibrillation measured using kajaaniFiberLab (Metso Automation Co., Ltd.) was defined as the fibrillation rate.
〔空隙率〕
以下の式により、セパレータの空隙率を求めた。
(セパレータの真比重−セパレータ密度)/セパレータの真比重×100(%)
〔連結性密度・充填率〕
セパレータの連結性密度及び繊維の充填率は、skyscan1272(ブルカー社製)を用いて、管電圧50kV、管電流200μA、分解能0.7μm、露光時間1100ms、回転ステップ0.2度、照射方法はステップアンドシュート法で測定し、三次元画像解析によって算出した。
[Porosity]
The porosity of the separator was determined by the following formula.
(Separator's true specific gravity-separator density) / Separator's true specific gravity x 100 (%)
[Connectivity density and filling rate]
Separation density of the separator and fiber filling ratio are as follows: skyscan 1272 (manufactured by Bruker), tube voltage 50 kV, tube current 200 μA, resolution 0.7 μm, exposure time 1100 ms, rotation step 0.2 degree, irradiation method is step It was measured by the and shoot method and calculated by three-dimensional image analysis.
〔固体電解コンデンサの製作工程〕
各実施例、比較例、各従来例のセパレータを用いて定格電圧6.3V静電容量470μF、直径10.0mm×高さ8.0mmと、定格電圧50V、静電容量33μF、直径10mm×高さ10.0mmとの二種類の固体電解コンデンサを作製した。
[Production process of solid electrolytic capacitor]
Using the separator of each example, comparative example, and each conventional example, rated voltage 6.3V electrostatic capacity 470 μF, diameter 10.0 mm × height 8.0 mm, rated voltage 50 V, electrostatic capacity 33 μF, diameter 10 mm × high Two types of solid electrolytic capacitors having a thickness of 10.0 mm were produced.
具体的な固体電解コンデンサの作製方法は、以下の通りである。
エッチング処理及び酸化皮膜形成処理を行った陽極箔と陰極箔とが接触しないようにセパレータを介在させて巻回し、コンデンサ素子を作製した。作製したコンデンサ素子は、再化成処理後、乾燥させた。
A specific method for producing a solid electrolytic capacitor is as follows.
A capacitor element was produced by winding with a separator so that the anode foil and the cathode foil subjected to the etching treatment and oxide film formation treatment were not in contact with each other. The produced capacitor element was dried after the re-chemical conversion treatment.
ここで、後述する実施例2及び7、比較例のセルロース繊維100質量%のセパレータを用いたコンデンサ素子については、280℃、1時間の熱処理を行った。しかし、熱処理温度及び時間はこの条件に限るものではない。 Here, about the capacitor | condenser element using the separator of Examples 2 and 7 mentioned later and the cellulose fiber of a comparative example of 100 mass%, heat processing was performed for 280 degreeC and 1 hour. However, the heat treatment temperature and time are not limited to these conditions.
定格電圧6.3Vの固体電解コンデンサの場合には、コンデンサ素子に導電性高分子重合液を含浸後、加熱・重合させ、溶媒を乾燥させて導電性高分子を形成した。定格電圧50Vの固体電解コンデンサの場合には、コンデンサ素子に導電性高分子分散液を含浸後、加熱・乾燥させて導電性高分子を形成した。
次に、所定のケースにコンデンサ素子を入れ、開口部を封口後、エージングを行い、それぞれの固体電解コンデンサを得た。
In the case of a solid electrolytic capacitor having a rated voltage of 6.3 V, the capacitor element was impregnated with a conductive polymer polymerization solution, heated and polymerized, and the solvent was dried to form a conductive polymer. In the case of a solid electrolytic capacitor with a rated voltage of 50 V, the capacitor element was impregnated with a conductive polymer dispersion, and then heated and dried to form a conductive polymer.
Next, the capacitor element was put in a predetermined case, the opening was sealed, and aging was performed to obtain each solid electrolytic capacitor.
〔ハイブリッド電解コンデンサの製作工程〕
後述する各実施例、比較例、各従来例のセパレータを用いて定格電圧16V、静電容量470μF、直径10.0mm×高さ10.5mmと、定格電圧80V、静電容量39μF、直径10.0mm×高さ10.0mmとの二種類のハイブリッド電解コンデンサを作製した。
[Production process of hybrid electrolytic capacitor]
Using the separators of Examples, Comparative Examples, and Conventional Examples described later, a rated voltage of 16 V, a capacitance of 470 μF, a diameter of 10.0 mm × a height of 10.5 mm, a rated voltage of 80 V, a capacitance of 39 μF, and a diameter of 10. Two types of hybrid electrolytic capacitors of 0 mm × height 10.0 mm were produced.
具体的な作製方法は、以下の通りである。
エッチング処理及び酸化皮膜形成処理を行った陽極箔と陰極箔とが接触しないようにセパレータを介在させて巻回し、コンデンサ素子を作製した。作製したコンデンサ素子は、再化成処理後、乾燥させた。
A specific manufacturing method is as follows.
A capacitor element was produced by winding with a separator so that the anode foil and the cathode foil subjected to the etching treatment and oxide film formation treatment were not in contact with each other. The produced capacitor element was dried after the re-chemical conversion treatment.
定格電圧16Vのハイブリッド電解コンデンサの場合には、コンデンサ素子に導電性高分子重合液を含浸後、加熱・重合させ、溶媒を乾燥させて導電性高分子を形成する。
定格電圧80Vのハイブリッド電解コンデンサの場合には、コンデンサ素子に導電性高分子分散液を含浸後、加熱・乾燥させて導電性高分子を形成する。
In the case of a hybrid electrolytic capacitor having a rated voltage of 16 V, the capacitor element is impregnated with a conductive polymer polymerization solution, heated and polymerized, and the solvent is dried to form a conductive polymer.
In the case of a hybrid electrolytic capacitor with a rated voltage of 80 V, a conductive polymer is formed by impregnating a capacitor element with a conductive polymer dispersion, followed by heating and drying.
続けて、上記コンデンサ素子に駆動用電解液を含浸させ、所定のケースにコンデンサ素子を入れ、開口部を封口後、エージングを行い、それぞれのハイブリッド電解コンデンサを得た。 Subsequently, the capacitor element was impregnated with a driving electrolyte, the capacitor element was put in a predetermined case, the opening was sealed, and aging was performed to obtain respective hybrid electrolytic capacitors.
〔アルミニウム電解コンデンサの評価方法〕
本実施の形態のアルミニウム電解コンデンサの具体的な性能評価は、以下の条件及び方法で行った。
〔ESR〕
作製したコンデンサ素子のESRは、温度20℃、周波数100kHzの条件にてLCRメータを用いて測定した。
[Evaluation method for aluminum electrolytic capacitors]
The specific performance evaluation of the aluminum electrolytic capacitor of the present embodiment was performed under the following conditions and method.
[ESR]
The ESR of the produced capacitor element was measured using an LCR meter under conditions of a temperature of 20 ° C. and a frequency of 100 kHz.
〔実施例〕
以下、本発明に係る実施の形態におけるセパレータの具体的な実施例等について説明する。
〔Example〕
Hereinafter, specific examples of the separator according to the embodiment of the present invention will be described.
〔実施例1〕
フィブリル化率を8.3%に叩解したフィブリル化セルロース繊維30質量%と、アクリル繊維35質量%と、ポリエステル繊維35質量%とを混合した原料を用いて円網抄紙し、実施例1のセパレータを得た。
完成した実施例1のセパレータの厚さは40μm、密度は0.20g/cm3、空隙率は85.2%、連結性密度は0.00005μm-3、充填率は22.0%、フィブリル化率は6.0%であった。
[Example 1]
The separator of Example 1 was made into a circular mesh paper using a raw material in which 30% by mass of fibrillated cellulose fibers having a fibrillation rate of 8.3%, 35% by mass of acrylic fibers, and 35% by mass of polyester fibers were mixed. Got.
The completed separator of Example 1 has a thickness of 40 μm, a density of 0.20 g / cm 3 , a porosity of 85.2%, a connectivity density of 0.00005 μm −3 , a filling rate of 22.0%, and fibrillation. The rate was 6.0%.
〔実施例2〕
フィブリル化率を15.6%に叩解したフィブリル化セルロース繊維100質量%を用いて円網抄紙し、実施例2のセパレータを得た。
実施例2のセパレータの厚さは70μm、密度は0.60g/cm3、空隙率は60.0%、連結性密度は0.00025μm-3、充填率は40.5%、フィブリル化率は13.8%であった。
[Example 2]
Circular paper making was performed using 100% by mass of fibrillated cellulose fibers beaten to a fibrillation rate of 15.6% to obtain a separator of Example 2.
The separator of Example 2 has a thickness of 70 μm, a density of 0.60 g / cm 3 , a porosity of 60.0%, a connectivity density of 0.00025 μm −3 , a filling rate of 40.5%, and a fibrillation rate of 13.8%.
〔実施例3〕
フィブリル化率を11.0%に叩解したフィブリル化セルロース繊維50質量%と、アラミド繊維50質量%とを用いて円網抄紙し、実施例3のセパレータを得た。
実施例3のセパレータの厚さは20μm、密度は0.30g/cm3、空隙率は79.6%、連結性密度は0.00008μm-3、充填率は15.0%、フィブリル化率は10.3%であった。
Example 3
Circular separator paper making was performed using 50% by mass of fibrillated cellulose fibers and 50% by mass of aramid fibers beaten to a fibrillation rate of 11.0% to obtain a separator of Example 3.
The separator of Example 3 has a thickness of 20 μm, a density of 0.30 g / cm 3 , a porosity of 79.6%, a connectivity density of 0.00008 μm −3 , a filling rate of 15.0%, and a fibrillation rate of It was 10.3%.
〔実施例4〕
フィブリル化率を11.1%に叩解したフィブリル化セルロース繊維50質量%と、アクリル繊維15質量%と、ポリビニルアルコール繊維35質量%とを用いて円網抄紙し、実施例4のセパレータを得た。
実施例4のセパレータの厚さは35μm、密度は0.45g/cm3、空隙率は67.1%、連結性密度は0.00020μm-3、充填率は45.0%、フィブリル化率は10.3%であった。
Example 4
Circular paper making was performed using 50% by mass of fibrillated cellulose fiber, which was beaten to a fibrillation rate of 11.1%, 15% by mass of acrylic fiber, and 35% by mass of polyvinyl alcohol fiber to obtain the separator of Example 4. .
The separator of Example 4 has a thickness of 35 μm, a density of 0.45 g / cm 3 , a porosity of 67.1%, a connectivity density of 0.00020 μm −3 , a filling rate of 45.0%, and a fibrillation rate of It was 10.3%.
〔実施例5〕
フィブリル化率を6.5%に叩解したフィブリル化セルロース繊維40質量%と、ナイロン繊維30質量%と、ポリエステル繊維30質量%とを用いて円網抄紙し、実施例5のセパレータを得た。
実施例5のセパレータの厚さは25μm、密度は0.38g/cm3、空隙率は73.4%、連結性密度は0.00012μm-3、充填率は27.0%、フィブリル化率は5.0%であった。
Example 5
Circular separator paper making was performed using 40% by mass of fibrillated cellulose fibers, 30% by mass of nylon fibers, and 30% by mass of polyester fibers beaten to a fibrillation rate of 6.5%, whereby a separator of Example 5 was obtained.
The separator of Example 5 has a thickness of 25 μm, a density of 0.38 g / cm 3 , a porosity of 73.4%, a connectivity density of 0.00012 μm −3 , a filling rate of 27.0%, and a fibrillation rate of It was 5.0%.
〔実施例6〕
フィブリル化率を16.4%に叩解したフィブリル化セルロース繊維80質量%と、フィブリル化率を16.4%に叩解したフィブリル化アラミド繊維20質量%とを用いて円網抄紙し、実施例6のセパレータを得た。
実施例6のセパレータの厚さは30μm、密度は0.43g/cm3、空隙率は70.9%、連結性密度は0.00022μm-3、充填率は38.0%、フィブリル化率は15.0%であった。
Example 6
Example 6 A circular paper was made using 80% by mass of fibrillated cellulose fibers beaten to a fibrillation rate of 16.4% and 20% by mass of fibrillated aramid fibers beaten to a fibrillation rate of 16.4%. A separator was obtained.
The separator of Example 6 has a thickness of 30 μm, a density of 0.43 g / cm 3 , a porosity of 70.9%, a connectivity density of 0.00022 μm −3 , a filling rate of 38.0%, and a fibrillation rate of It was 15.0%.
〔実施例7〕
フィブリル化率を7.2%に叩解したフィブリル化セルロース繊維100質量%を用いて円網抄紙し、実施例7のセパレータを得た。
実施例7のセパレータの厚さは50μm、密度は0.35g/cm3、空隙率は76.7%、連結性密度は0.00009μm-3、充填率は23.5%、フィブリル化率は6.6%であった。
Example 7
Circular paper making was performed using 100% by mass of fibrillated cellulose fibers beaten to a fibrillation rate of 7.2% to obtain a separator of Example 7.
The separator of Example 7 has a thickness of 50 μm, a density of 0.35 g / cm 3 , a porosity of 76.7%, a connectivity density of 0.00009 μm −3 , a filling rate of 23.5%, and a fibrillation rate of It was 6.6%.
〔実施例8〕
フィブリル化率を13.0%に叩解したフィブリル化セルロース繊維70質量%と、ナイロン繊維30質量%とを用いて円網抄紙した後、ポリアクリルアミドを5質量%塗工し、実施例8のセパレータを得た。
実施例8のセパレータの厚さは40μm、密度は0.40g/cm3、空隙率は72.7%、連結性密度は0.00018μm-3、充填率は33.3%、フィブリル化率は12.5%であった。
Example 8
The separator of Example 8 was coated with 5% by mass of polyacrylamide after circular mesh paper making using 70% by mass of fibrillated cellulose fibers beaten to 13.0% and 30% by mass of nylon fibers. Got.
The separator of Example 8 has a thickness of 40 μm, a density of 0.40 g / cm 3 , a porosity of 72.7%, a connectivity density of 0.00018 μm −3 , a filling rate of 33.3%, and a fibrillation rate of It was 12.5%.
〔参考例〕
フィブリル化率を8.7%に叩解したフィブリル化セルロース繊維40質量%と、ナイロン繊維60質量%とを用いて円網抄紙した後、ポリアクリルアミドを15質量%塗工し、参考例のセパレータを得た。
参考例のセパレータの厚さは35μm、密度は0.28g/cm3、空隙率は82.5%、連結性密度は0.00008μm-3、充填率は44.8%、フィブリル化率は7.0%であった。
[Reference example]
After making a circular mesh paper using 40% by mass of fibrillated cellulose fibers beaten to a fibrillation rate of 8.7% and 60% by mass of nylon fibers, 15% by mass of polyacrylamide is applied, and the separator of the reference example is formed. Obtained.
The thickness of the separator of the reference example is 35 μm, the density is 0.28 g / cm 3 , the porosity is 82.5%, the connectivity density is 0.00008 μm −3 , the filling rate is 44.8%, and the fibrillation rate is 7 0.0%.
〔比較例〕
フィブリル化率を20.1%に叩解したフィブリル化セルロース繊維100質量%を用いて円網抄紙し、比較例1のセパレータを得た。
比較例1のセパレータの厚さは60μm、密度は0.45g/cm3、空隙率は70.0%、連結性密度は0.00023μm-3、充填率は60.3%、フィブリル化率は19.0%であった。
[Comparative example]
Circular mesh papermaking was performed using 100% by mass of fibrillated cellulose fibers beaten to a fibrillation rate of 20.1% to obtain a separator of Comparative Example 1.
The separator of Comparative Example 1 has a thickness of 60 μm, a density of 0.45 g / cm 3 , a porosity of 70.0%, a connectivity density of 0.00023 μm −3 , a filling rate of 60.3%, and a fibrillation rate of 19.0%.
〔従来例1〕
特許文献1の実施例1に記載の方法と同様の方法で製造したセパレータを作製し、従来例1のセパレータとした。
従来例1のセパレータはアラミド繊維100質量%を含有し、厚さは40μm、密度は0.14g/cm3、空隙率は90.3%、連結性密度は0.00002μm-3、充填率は15.0%、フィブリル化率は0.0%であった。
[Conventional example 1]
A separator manufactured by a method similar to the method described in Example 1 of Patent Document 1 was produced and used as the separator of Conventional Example 1.
The separator of Conventional Example 1 contains 100% by mass of aramid fibers, the thickness is 40 μm, the density is 0.14 g / cm 3 , the porosity is 90.3%, the connectivity density is 0.00002 μm −3 , and the filling rate is The fibrillation rate was 15.0% and 0.0%.
〔従来例2〕
特許文献2の実施例2に記載の方法と同様の方法で製造したセパレータを作製し、従来例2のセパレータとした。
従来例2のセパレータはフィブリル化率23.7%に叩解したフィブリル化セルロース繊維50質量%とアクリル繊維50質量%とを含有し、厚さは30μm、密度は0.45g/cm3、空隙率は66.4%、連結性密度は0.00030μm-3、充填率は43.0%、フィブリル化率は22.3%であった。
[Conventional example 2]
A separator manufactured by the same method as that described in Example 2 of Patent Document 2 was prepared, and the separator of Conventional Example 2 was obtained.
The separator of Conventional Example 2 contains 50% by mass of fibrillated cellulose fibers and 50% by mass of acrylic fibers beaten to a fibrillation rate of 23.7%, a thickness of 30 μm, a density of 0.45 g / cm 3 , and a porosity. Was 66.4%, the connectivity density was 0.00030 μm −3 , the filling rate was 43.0%, and the fibrillation rate was 22.3%.
〔従来例3〕
特許文献5の実施例1に記載の方法と同様の方法で製造したセパレータを作製し、従来例3のセパレータとした。
従来例3のセパレータはナイロン繊維70質量%とポリビニルアルコール繊維30質量%とを含有し、厚さは40μm、密度は0.27g/cm3、空隙率は79.7%、連結性密度は0.00006μm-3、充填率は12.5%、フィブリル化率は0.0%であった。
[Conventional example 3]
A separator manufactured by the same method as that described in Example 1 of Patent Document 5 was produced, and the separator of Conventional Example 3 was obtained.
The separator of Conventional Example 3 contains 70% by mass of nylon fiber and 30% by mass of polyvinyl alcohol fiber, the thickness is 40 μm, the density is 0.27 g / cm 3 , the porosity is 79.7%, and the connectivity density is 0. 0.00006 μm −3 , the filling rate was 12.5%, and the fibrillation rate was 0.0%.
各実施例、参考例、比較例、各従来例のセパレータを用いて作製したアルミニウム電解コンデンサは、低電圧用の定格電圧6.3Vの固体電解コンデンサと、高電圧用の定格電圧50Vの固体電解コンデンサとを作製した。
また、ハイブリッド電解コンデンサとして低電圧用の定格電圧16Vのコンデンサと、高電圧用の定格電圧80Vのコンデンサとを作製した。
Aluminum electrolytic capacitors produced using the separators of the examples, reference examples, comparative examples, and conventional examples are a solid electrolytic capacitor having a rated voltage of 6.3 V for a low voltage and a solid electrolytic capacitor having a rated voltage of 50 V for a high voltage. A capacitor was produced.
Moreover, a capacitor having a rated voltage of 16V for low voltage and a capacitor having a rated voltage of 80V for high voltage were produced as hybrid electrolytic capacitors.
以上記載の本実施の形態の実施例1乃至8、参考例、比較例、従来例1乃至3の各セパレータの原材料及び後加工について、表1に示し、各セパレータ単体の評価結果とアルミニウム電解コンデンサの性能評価結果を表2に示す。 Table 1 shows the raw materials and post-processing of each separator of Examples 1 to 8, Reference Example, Comparative Example, and Conventional Examples 1 to 3 of the present embodiment described above. Table 2 shows the performance evaluation results.
以下、各実施例、参考例、比較例、各従来例について、評価結果を詳細に説明する。
表2からわかる通り、実施例1乃至8のセパレータを用いた定格電圧6.3Vの固体電解コンデンサは、ESRが18〜24mΩと低い。同セパレータを用いた定格電圧50Vの固体電解コンデンサもESRが25〜34mΩと低い。
Hereinafter, evaluation results will be described in detail for each example, reference example, comparative example, and each conventional example.
As can be seen from Table 2, the solid electrolytic capacitor having the rated voltage of 6.3 V using the separators of Examples 1 to 8 has a low ESR of 18 to 24 mΩ. A solid electrolytic capacitor having a rated voltage of 50 V using the separator also has a low ESR of 25 to 34 mΩ.
また、実施例1乃至8のセパレータを用いた定格電圧16Vのハイブリッド電解コンデンサにおいても、ESRが22〜29mΩと低い。同セパレータを用いた定格電圧80Vのハイブリッド電解コンデンサもESRが33〜44mΩと低い。 In addition, the ESR is as low as 22 to 29 mΩ in the hybrid electrolytic capacitor with the rated voltage of 16 V using the separators of Examples 1 to 8. A hybrid electrolytic capacitor having a rated voltage of 80 V using the separator also has a low ESR of 33 to 44 mΩ.
実施例1乃至8のセパレータは、連結性密度0.00005〜0.00025μm-3、充填率15.0〜45.0%、フィブリル化率5.0〜15.0%の範囲であった。
このことから、本実施の形態のセパレータはセパレータ内部の網目のような繊維構造の連続性と繊維同士の間隙を制御しているため、電極箔間の電子伝導経路を連続的に形成することが可能となり、固体電解コンデンサ及びハイブリッド電解コンデンサにおいて、低ESR化に寄与することがわかる。
The separators of Examples 1 to 8 had a connectivity density of 0.00005 to 0.00025 μm −3 , a filling rate of 15.0 to 45.0%, and a fibrillation rate of 5.0 to 15.0%.
From this, the separator of this embodiment controls the continuity of the fiber structure like the mesh inside the separator and the gap between the fibers, so that the electron conduction path between the electrode foils can be continuously formed. It becomes possible, and it turns out that it contributes to low ESR in a solid electrolytic capacitor and a hybrid electrolytic capacitor.
参考例のセパレータは、連結性密度0.00008μm-3、充填率44.8%、フィブリル化率7.0%である。参考例のセパレータを用いた固体電解コンデンサ及びハイブリッド電解コンデンサは、各実施例と比べ、ESRが若干高くなっている。 The separator of the reference example has a connectivity density of 0.00008 μm −3 , a filling rate of 44.8%, and a fibrillation rate of 7.0%. The solid electrolytic capacitor and the hybrid electrolytic capacitor using the separator of the reference example have slightly higher ESR than the respective examples.
詳細は不明であるが、ポリアクリルアミドの塗工量が15質量%と高く、フィブリル化セルロース繊維表面の大部分をポリアクリルアミドが覆ったため、導電性高分子との親和性が低下したことが原因であると考えられる。そして、実施例8と参考例との比較から、5質量%以下の塗工量であれば、親和性に影響を与えないと推測できる。 Details are unknown, but because the polyacrylamide coating amount is as high as 15% by mass and the majority of the surface of the fibrillated cellulose fiber is covered with polyacrylamide, the affinity with the conductive polymer has decreased. It is believed that there is. And it can be estimated from the comparison between Example 8 and the reference example that the affinity is not affected if the coating amount is 5% by mass or less.
比較例のセパレータは、連結性密度0.00023μm-3、充填率60.3%、フィブリル化率19.0%である。
比較例のセパレータを用いた固体電解コンデンサ及びハイブリッド電解コンデンサは、各実施例、参考例と比べ、ESRが高くなっている。これは、フィブリル化率が高いことで、充填率が高くなり、繊維同士の間隙が過度に狭くなったことで、セパレータ内部への導電性高分子層の形成が不十分になったことが原因であると考えられる。
The separator of the comparative example has a connectivity density of 0.00023 μm −3 , a filling rate of 60.3%, and a fibrillation rate of 19.0%.
The solid electrolytic capacitor and the hybrid electrolytic capacitor using the separator of the comparative example have higher ESR than the respective examples and reference examples. This is because the fibrillation rate is high, the filling rate is high, and the gap between fibers is excessively narrow, and the formation of the conductive polymer layer inside the separator is insufficient. It is thought that.
従来例1のセパレータは、特許文献1の実施例1に記載のセパレータと同様にして作製したセパレータであり、連結性密度が0.00002μm-3、充填率が15.0%、フィブリル化率0.0%である。
従来例1のセパレータを用いた固体電解コンデンサ及びハイブリッド電解コンデンサは、各実施例、参考例と比べ、ESRが高くなっている。
The separator of Conventional Example 1 is a separator manufactured in the same manner as the separator described in Example 1 of Patent Document 1, and has a connectivity density of 0.00002 μm −3 , a filling rate of 15.0%, and a fibrillation rate of 0. 0.0%.
The solid electrolytic capacitor and the hybrid electrolytic capacitor using the separator of Conventional Example 1 have higher ESR than the respective Examples and Reference Examples.
これは、従来例1のセパレータは空隙率が90.3%と高いが、フィブリル化率が低いことで、連結性密度が低くなったため、繊維同士の連続性が低くなり、繊維を介して形成される導電性高分子層の連続性が低下し、電子伝導経路が連続的に形成できなかったことが原因であると考えられる。 This is because the separator of Conventional Example 1 has a high porosity of 90.3%, but because the connectivity density is low due to the low fibrillation rate, the continuity between the fibers is low, and the fibers are formed through the fibers. It is thought that this is because the continuity of the conductive polymer layer is lowered and the electron conduction path cannot be continuously formed.
従来例2のセパレータは、特許文献2の実施例2に記載のセパレータと同様にして作製したセパレータであり、連結性密度が0.00030μm-3、充填率が43.0%、フィブリル化率22.3%である。
従来例2のセパレータを用いた固体電解コンデンサ及びハイブリッド電解コンデンサは、各実施例、参考例と比べ、ESRが高くなっている。これは、従来例2のセパレータはフィブリル化率が高いことで、連結性密度が高くなった。そのため、繊維構造の連続性が高くなりすぎて、セパレータ内部構造が過度に緻密になり、毛細管現象を利用して含浸される導電性高分子の重合液及び分散液が吸い上がっていけなかった。そのため、電子伝導経路を連続的に形成できなかったことが原因であると考えられる。
The separator of Conventional Example 2 is a separator produced in the same manner as the separator described in Example 2 of Patent Document 2, and has a connectivity density of 0.00030 μm -3 , a filling rate of 43.0%, and a fibrillation rate of 22 .3%.
The solid electrolytic capacitor and the hybrid electrolytic capacitor using the separator of Conventional Example 2 have higher ESR than the respective Examples and Reference Examples. This is because the separator of Conventional Example 2 has a high fibrillation rate, and the connectivity density is high. Therefore, the continuity of the fiber structure becomes too high, the separator internal structure becomes excessively dense, and the conductive polymer polymerization solution and dispersion impregnated using the capillary phenomenon cannot be sucked up. Therefore, it is considered that this is because the electron conduction path could not be formed continuously.
従来例1及び2と各実施例との比較から、セパレータの空隙率を制御しても、必ずしもコンデンサのESRを低減できるとは限らないとわかる。 From comparison between Conventional Examples 1 and 2 and each example, it can be seen that controlling the porosity of the separator does not necessarily reduce the ESR of the capacitor.
従来例3のセパレータは、特許文献5の実施例1に記載のセパレータと同様にして作製したセパレータであり、連結性密度が0.00006μm-3、充填率が12.5%、フィブリル化率0.0%である。
従来例3のセパレータを用いた固体電解コンデンサ及びハイブリッド電解コンデンサは、各実施例、参考例と比べ、ESRが高い。これは、従来例3のセパレータはフィブリル化率が低く、充填率も低い。そのため、導電性高分子との親和性が良好な従来例3のセパレータであっても、電子伝導経路を連続的に形成できなかったことが原因であると考えられる。
従来例3と各実施例との比較から、セパレータの導電性高分子との親和性が高いからといって、必ずしもコンデンサのESRを低減できるとは限らないとわかる。
The separator of Conventional Example 3 is a separator manufactured in the same manner as the separator described in Example 1 of Patent Document 5, and has a connectivity density of 0.00006 μm −3 , a filling rate of 12.5%, and a fibrillation rate of 0. 0.0%.
The solid electrolytic capacitor and the hybrid electrolytic capacitor using the separator of Conventional Example 3 have higher ESR than the respective Examples and Reference Examples. This is because the separator of Conventional Example 3 has a low fibrillation rate and a low filling rate. For this reason, it is considered that the reason is that the electron conduction path could not be continuously formed even in the separator of Conventional Example 3 having good affinity with the conductive polymer.
From the comparison between Conventional Example 3 and each example, it can be seen that just because the separator has a high affinity with the conductive polymer, the ESR of the capacitor cannot always be reduced.
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、セパレータの連結性密度を(0.00005〜0.00025μm-3)の範囲、かつ繊維の充填率を(15.0〜4.5.0%)の範囲、フィブリル化率を(5.0〜15.0%)の範囲に制御することで、セパレータの内部構造を制御でき、電子伝導経路を連続的に形成することが可能となる。つまり、アルミニウム電解コンデンサのESRの低減に寄与できる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, the connectivity density of the separator is in the range of (0.00005 to 0.00025 μm −3 ), and the fiber filling rate is (15.0 to 4.5). 0.0%) and the fibrillation rate within the range of (5.0 to 15.0%), the internal structure of the separator can be controlled, and the electron conduction path can be formed continuously. Become. That is, it can contribute to the reduction of ESR of the aluminum electrolytic capacitor.
また、セパレータにおいて、セルロース繊維を含有することで、セパレータの導電性高分子に対する親和性が高まり、セパレータ内部に導電性高分子を十分に充填することができるため、このセパレータを用いたアルミニウム固体電解コンデンサのESRを更に低減できる。 In addition, since the separator contains cellulose fibers, the affinity of the separator for the conductive polymer is increased, and the separator can be sufficiently filled with the conductive polymer. The ESR of the capacitor can be further reduced.
以上記載したように、本実施の形態のセパレータは、セパレータの内部構造である繊維構造が連続した網目のように形成され、かつ、繊維同士の間隙が適切に保たれた構造に制御したもので、係る構造を備える本実施の形態のセパレータは、これまでに提案されている、空隙率や空孔率を制御したセパレータや、電解液或いは導電性高分子との親和性に着目したセパレータとは明確に異なっている。 As described above, the separator of the present embodiment is controlled to a structure in which the fiber structure that is the internal structure of the separator is formed like a continuous mesh and the gap between fibers is appropriately maintained. The separator of this embodiment having such a structure is a separator that has been proposed so far, with a controlled porosity or porosity, and a separator that focuses on the affinity with an electrolyte or a conductive polymer. Clearly different.
本実施の形態では、直接的に、連続的な電子伝導経路の形成に寄与するセパレータの内部構造に制御しているため、導電性高分子の重合液及び分散液は、形成されたセパレータの繊維構造を介して含浸され、重合・乾燥することで、繊維表面に導電性高分子層が形成される。セパレータの連結性密度及び繊維の充填率を制御することで、この導電性高分子層を連続的に形成することができる。つまり、電子伝導経路を連続的に形成することができ、ESRを低減することが可能になる。従って、本実施の形態のセパレータを用いたアルミニウム電解コンデンサの低ESR化に寄与できる。 In this embodiment, since the internal structure of the separator that directly contributes to the formation of a continuous electron conduction path is controlled, the polymer liquid and dispersion of the conductive polymer are the fibers of the formed separator. The conductive polymer layer is formed on the fiber surface by being impregnated through the structure, polymerized and dried. This conductive polymer layer can be formed continuously by controlling the connectivity density of the separator and the fiber filling rate. That is, the electron conduction path can be continuously formed, and ESR can be reduced. Therefore, it can contribute to the low ESR of the aluminum electrolytic capacitor using the separator of the present embodiment.
更に、ESRを維持しつつ、導電性高分子を削減することも可能となるので、コンデンサの工数削減や部材使用量削減による低コスト化にも寄与可能である。 Furthermore, since it is possible to reduce the conductive polymer while maintaining the ESR, it is possible to contribute to the cost reduction by reducing the man-hour of the capacitor and the amount of the member used.
Claims (5)
前記シートは、連結性密度が(0.00005〜0.00025μm-3)の範囲、かつ繊維の充填率が(15.0〜45.0%)の範囲であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ用セパレータ。 A separator for an aluminum electrolytic capacitor molded into a sheet and interposed between a pair of electrodes,
The aluminum electrolytic capacitor characterized in that the sheet has a connectivity density in the range of (0.00005 to 0.00025 μm −3 ) and a fiber filling ratio in the range of (15.0 to 45.0%). Separator for use.
前記シートのフィブリル化率が(5.0〜15.0%)の範囲であることを特徴とする請求項1記載のアルミニウム電解コンデンサ用セパレータ。 Including at least fibrillated fibers as a material of the sheet,
The separator for an aluminum electrolytic capacitor according to claim 1, wherein the fibrillation rate of the sheet is in the range of (5.0 to 15.0%).
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