JP2020119916A - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(態様1) 表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔と、前記陽極箔及び前記陰極箔の間に配設されたセパレータと、を備え、
前記陽極箔及び前記陰極箔の間の前記セパレータを除く空隙には、導電性高分子化合物を含む固体電解質相と、前記固体電解質相を取り囲むように存在しかつ液状物質を含む液状物質相と、を含むハイブリッド型固体電解コンデンサであって、
前記セパレータの基材は、水酸基を有する高分子を主成分として含み、
前記液状物質相は、さらに塩基成分を含み、かつ、酸成分を含んでも含まなくてもよく、
前記液状物質相における前記塩基成分と前記酸成分の量が、(前記塩基成分のモル数)>(前記酸成分のモル数)≧0の関係式を満たすことを特徴とする固体電解コンデンサ。
−(R−O)n−・・・(1)
〔式中、Rは、置換又は未置換のアルキレン、置換又は未置換のアルケニレン、置換又は未置換のフェニレンから選ばれる少なくとも1種の基であり、nは1〜2000の整数であり、−(R−O)n−はブロック共重合体やグラフト共重合体であってもよい。〕
前記空隙に液状物質を導入することを含むハイブリッド型固体電解コンデンサの製造方法であり、
前記セパレータの基材は、水酸基を有する高分子を主成分とする基材を含み、
前記液状物質が塩基成分を含み、且つ、
前記液状物質は、さらに酸成分を含んでも含まなくてもよく、前記液状物質における前記塩基成分と前記酸成分の量が、(前記塩基成分のモル数)>(前記酸成分のモル数)≧0の関係式を満たすことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
本発明は、1つの側面において、表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔と、前記陽極箔及び前記陰極箔の間に配設されたセパレータと、を備え、
前記陽極箔及び前記陰極箔の間の前記セパレータを除く空隙には、導電性高分子化合物を含む固体電解質相と、前記固体電解質相を取り囲むように存在しかつ液状物質を含む液状物質相と、を含むハイブリッド型固体電解コンデンサであって、
前記セパレータの基材は、水酸基を有する高分子を主成分として含み、
前記液状物質相は、さらに塩基成分を含み、かつ、酸成分を含んでも含まなくてもよく、
前記液状物質相における前記塩基成分と前記酸成分の量が、(前記塩基成分のモル数)>(前記酸成分のモル数)≧0の関係式を満たすことを特徴とする固体電解コンデンサにある。
図1及び図2は、本発明の実施態様の固体電解コンデンサ(以下、単に固体電解コンデンサともいう。)の例を説明するために示す図である。図1(a)は固体電解コンデンサ1の断面図であり、図1(b)はコンデンサ素子20の一部分解斜視図である。図2は、固体電解コンデンサ1の要部を説明するために示す断面図である。
セパレータは、多孔質あるいは空隙を有するシート状の電気絶縁材料からなり、陽極箔及び陰極箔の間に配置されてそれらの間でのショートを防止するとともに、セパレータ内の空隙に固体電解質相や液状物質相を保持して、陽極箔及び陰極箔の間に介在している部材である。セパレータの形態としては、内部に空隙を有するシート状の構造物として、抄紙、不織布、発泡体などが用いられる。
本発明の固体電解コンデンサは、陽極箔及び陰極箔の間のセパレータを除く空隙(第一の空隙)に、導電性高分子化合物を含む固体電解質相を含む。固体電解質相を構成する導電性高分子化合物は、π電子共役系の高分子化合物であってよく、好適には導電性を発現又は向上させるためにドーパントを含む、主として電子、正孔導電性の高分子化合物である。
本発明において、液状物質相は、使用温度、少なくとも使用温度の一部の温度において液状であり、電極箔間の空隙に固体電解質相を取り囲むように存在し、固体電解質の機能を向上又は補完する機能を有する液状物質を含む相、機能性の液体(液状)相である。液状物質相は、物質の種類に関係なく、液状(液体)であることによって、固体電解質相に含まれる添加剤と違い、固体電解質相の形成工程より後から導入でき、またセパレータと固体電解質相の間の細部まで、結果として大量に導入できる特質がある。液状物質相は、少なくとも、液状であるがゆえにセパレータと固体電解質相の間に好ましく存在できて、固体電解質相から遊離するドーパントによるセパレータの劣化反応を抑制する機能(効果)を有する。しかし、液状物質相は、液状物質(相)が特定の成分を含むことで様々の有用な機能を有することができ、これらの有用な機能を発揮する点でより重要な機能性の液体相である。
−(R−O)n−・・・(1)
〔式中、Rは、置換又は未置換のアルキレン、置換又は未置換のアルケニレン、置換又は未置換のフェニレンから選ばれる少なくとも1種の基であり、nは1〜2000の整数であり、−(R−O)n−はブロック共重合体やグラフト共重合体であってもよい。〕
−(R1−O)n− ・・・(2)
−(R2−O)m− ・・・(3)
〔式中、R1及びR2は、同一でも異なってもよく、置換又は未置換のアルキレン、置換又は未置換のアルケニレン、置換又は未置換のフェニレンから選ばれる基であり、n+mは2〜2000の整数である。〕
本発明の固体電解質コンデンサにおける液状物質相は、上記の親水性高分子化合物や電解液などの液状物質に加えて、さらに塩基成分を含み、かつ、液状物質相は酸成分を含んでも含まなくてもよいが、液状物質相に含まれる塩基成分と酸成分の量は、(塩基成分のモル数)>(酸成分のモル数)≧0の関係式を満たす。
また、本発明は、もう1つの側面において、表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔と、前記陽極箔及び前記陰極箔の間に配設されたセパレータと、を備え、前記陽極箔及び前記陰極箔の間の前記セパレータを除く空隙には、導電性高分子化合物を含む固体電解質を含むコンデンサ素子を準備し、
前記空隙に液状物質を導入することを含むハイブリッド型固体電解コンデンサの製造方法であり、
前記セパレータの基材は、水酸基を有する高分子を主成分とする基材を含み、
前記液状物質が塩基成分を含み、且つ、
前記液状物質は、さらに酸成分を含んでも含まなくてもよく、前記液状物質における前記塩基成分と前記酸成分の量が、(前記塩基成分のモル数)>(前記酸成分のモル数)≧0の関係式を満たすことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法にある。
まず、拡面化処理により粗面化されたアルミニウム箔の表面に2〜400Vの所定の電圧を印加して化成処理を施すことにより酸化皮膜22が形成された陽極箔21と、陰極箔23と、陽極箔21と陰極箔23との間に配設されたセパレータ25とを備えるコンデンサ素子を作製する(図1(b)参照。)。具体的には、セパレータ25を介して、凹凸表面を有し当該凹凸表面に酸化皮膜22が形成された陽極箔21と凹凸表面を有する陰極箔23とを重ね合わせて巻回することによりコンデンサ素子20を作製する。このとき、陽極箔21にはリード28が接続され、陰極箔23にはリード29が接続されている。
次に、コンデンサ素子を化成液槽中の化成液(例えば、アジピン酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、グルタル酸アンモニウム、アゼライン酸アンモニウム、酒石酸アンモニウム、セバシン酸アンモニウム、ピメリン酸アンモニウム、スベリン酸アンモニウムなどの水溶液)に浸漬するとともに、陽極側のリード28と化成液との間に所定の電圧(例えば100V)を例えば5分間印加して陽極箔21の端部に存在する酸化皮膜欠損部及び表面に存在することがある酸化皮膜欠損部を修復する(化成処理工程の図示は省略)。
次に、陽極箔21と陰極箔23との間のセパレータを除く第一の空隙に、導電性高分子化合物からなる微粒子状の固体電解質26を、第一の空隙に占める固体電解質26の割合が2vol%〜30vol%の範囲内になるように導入する。固体電解質導入工程においては、固体電解質26を溶媒に分散させた導電性高分子化合物分散液52を空隙に充填した後、空隙から溶媒を除去することにより、空隙に固体電解質26を導入する。
次に、固体電解質導入後の陽極箔21と陰極箔23との間の空隙(第二の空隙)に、塩基成分を含む親水性高分子化合物からなる液状物質27を、第二の空隙に占める液状物質27の割合が10vol%〜100vol%の範囲内になるように導入する。このとき、液状物質27は固体電解質26を取り囲むように導入される。
最後に、封口部材40をコンデンサ素子20に取り付けるとともに(図5(a)参照。)、コンデンサ素子20を外装ケース10に挿入した後(図5(b)参照)、外装ケース10の開口端近傍で外装ケース10をかしめる(図5(c)参照)。封口部材40としては、例えば、イソブチレン・イソプレンゴム(IIR)を用いる。イソブチレン・イソプレンゴム(IIR)に代えて、エチレン・プロピレン・ターポリマー(EPT)、EPT−IIRブレンドゴム、シリコーンゴムなどのゴム材料や、フェノール樹脂(ベークライト)、エポキシ樹脂、フッ素樹脂などの樹脂とゴムとを貼り合わせたゴム複合材料を用いることもできる。その後、高温雰囲気下で所定の電圧を印加してエージング工程を実施する。これにより、固体電解コンデンサ1が完成する。
図1〜5を参照して説明した上記の固体電解コンデンサ1の製造方法の手順に従い、実施例1の固体電解コンデンサを作製した。実施例1の固体電解コンデンサ1は、完成寸法(外装ケース10に収納した状態での固体電解コンデンサ1の外形寸法)がφ10mm×H10.5mmの円筒形、定格63V−56μFのコンデンサ素子20を作成した。セパレータとして、ヘンプから得られた、セルロースを主成分とする天然繊維を主基材として含むセパレータ紙を用いた。
評価の結果は、表1に示すとおり合格(〇)であった。
なお、表1においては、液状物質の組成、耐熱性評価のほか、液状物質の単位重量当りの塩基の過剰量(μモル/g)、塩基/酸のモル比率、150秒後の膨れ(mm)も示す。
液状物質62として、PEG300(95.5重量%)、水(1.5重量%)、ニトロベンジルアルコール(1.0重量%)、フタル酸(0.5重量%)、トリエチルアミン(1.5重量%)を含む液体を用いる以外は、実施例1と同様にして、実施例2の固体電解コンデンサの試料を作製した。
実施例2の固体電解コンデンサ試料の耐熱性を、実施例1と同様の方法で評価した。
結果は表1に示したとおり、いずれも合格(〇)であった。
液状物質62として、PEG300(97.1重量%)、水(1.5重量%)、ニトロベンジルアルコール(1.0重量%)、トリエチルアミン(0.4重量%)を含む液体を用いる以外は、実施例1と同様にして、実施例3の固体電解コンデンサの試料を作製した。
実施例3の固体電解コンデンサ試料の耐熱性を、実施例1と同様の方法で評価した。
結果は表1に示したとおり、いずれも合格(〇)であった。
液状物質62として、PEG300(97.2重量%)、水(1.5重量%)、ニトロベンジルアルコール(1.0重量%)、ジエチルアミン(0.3重量%)を含む液体を用いる以外は、実施例1と同様にして、実施例4の固体電解コンデンサの試料を作製した。
実施例4の固体電解コンデンサ試料の耐熱性を、実施例1と同様の方法で評価した。
結果は表1に示したとおり、いずれも合格(〇)であった。
液状物質62として、PEG300(97.0重量%)、水(1.5重量%)、ニトロベンジルアルコール(1.0重量%)、ジエチルアミン(0.5重量%)を含む液体を用いる以外は、実施例1と同様にして、実施例5の固体電解コンデンサの試料を作製した。
実施例5の固体電解コンデンサ試料の耐熱性を、実施例1と同様の方法で評価した。
結果は表1に示したとおり、いずれも合格(〇)であった。
液状物質62として、PEG300(96.5重量%)、水(1.5重量%)、ニトロベンジルアルコール(1.0重量%)、ジエチルアミン(1.0重量%)を含む液体を用いる以外は、実施例1と同様にして、実施例6の固体電解コンデンサの試料を作製した。
実施例6の固体電解コンデンサ試料の耐熱性を、実施例1と同様の方法で評価した。
結果は表1に示したとおり、いずれも合格(〇)であった。
液状物質62として、PEG300(97.4重量%)、水(1.5重量%)、ニトロベンジルアルコール(1.0重量%)、ジエチルアミン(0.1重量%)を含む液体を用いる以外は、実施例1と同様にして、実施例7の固体電解コンデンサの試料を作製した。
実施例7の固体電解コンデンサ試料の耐熱性を、実施例1と同様の方法で評価した。
結果は表1に示したとおり、いずれも合格(〇)であった。
液状物質62として、PEG300(97.5重量%)、水(1.5重量%)、ニトロベンジルアルコール(1.0重量%)を含むが、酸成分も塩基成分も含まない組成を用いる以外は、実施例1と同様にして、比較例1の固体電解コンデンサを作製した。
比較例1の固体電解コンデンサ試料の耐熱性を、実施例1と同様の方法で評価した。
結果は表1に示したとおり、不合格(×)であった。
液状物質62として、PEG300(97.0重量%)、水(1.5重量%)、ニトロベンジルアルコール(1.0重量%)、フタル酸(0.5重量%)を含む液体を用いる以外は、実施例1と同様にして、比較例2の固体電解コンデンサの試料を作製した。
比較例2の固体電解コンデンサ試料の耐熱性を、実施例1と同様の方法で評価した。
結果は表1に示したとおり、いずれも不合格(×)であった。
液状物質62として、PEG300(96.7重量%)、水(1.5重量%)、ニトロベンジルアルコール(1.0重量%)、フタル酸(0.5重量%)、トリエチルアミン(0.3重量%)を含む液体を用いる以外は、実施例1と同様にして、比較例3の固体電解コンデンサの試料を作製した。
比較例3の固体電解コンデンサ試料の耐熱性を、実施例1と同様の方法で評価した。
結果は表1に示したとおり、いずれも不合格(×)であった。
液状物質62として、PEG300(96.4重量%)、水(1.5重量%)、ニトロベンジルアルコール(1.0重量%)、フタル酸(0.5重量%)、トリエチルアミン(0.6重量%)を含む液体を用いる以外は、実施例1と同様にして、比較例4の固体電解コンデンサの試料を作製した。
比較例4の固体電解コンデンサ試料の耐熱性を、実施例1と同様の方法で評価した。
結果は表1に示したとおり、いずれも不合格(×)であった。
液状物質62として、PEG300(96.2重量%)、水(1.5重量%)、ニトロベンジルアルコール(1.0重量%)、フタル酸(1.0重量%)、トリエチルアミン(0.3重量%)を含む液体を用いる以外は、実施例1と同様にして、比較例5の固体電解コンデンサの試料を作製した。
比較例5の固体電解コンデンサ試料の耐熱性を、実施例1と同様の方法で評価した。
結果は表1に示したとおり、いずれも不合格(×)であった。
液状物質62として、PEG300(94.7重量%)、水(1.5重量%)、ニトロベンジルアルコール(1.0重量%)、フタル酸(2.5重量%)、トリエチルアミン(0.3重量%)を含む液体を用いる以外は、実施例1と同様にして、比較例5の固体電解コンデンサの試料を作製した。
比較例5の固体電解コンデンサ試料の耐熱性を、実施例1と同様の方法で評価した。
結果は表1に示したとおり、いずれも不合格(×)であった。
10 外装ケース
20 コンデンサ素子
21 陽極箔
22 酸化皮膜
23 陰極箔
24 酸化皮膜
25 セパレータ
26 固体電解質
27 液状物質
28,29 リード
40 封口部材
50 導電性高分子化合物分散液槽
52 導電性高分子化合物分散液
60 液状物質槽
62 液状物質
Claims (12)
- 表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔と、前記陽極箔及び前記陰極箔の間に配設されたセパレータと、を備え、
前記陽極箔及び前記陰極箔の間の前記セパレータを除く空隙には、導電性高分子化合物を含む固体電解質相と、前記固体電解質相を取り囲むように存在しかつ液状物質を含む液状物質相と、を含むハイブリッド型固体電解コンデンサであって、
前記セパレータの基材は、水酸基を有する高分子を主成分として含み、
前記液状物質相は、さらに塩基成分を含み、かつ、酸成分を含んでも含まなくてもよく、
前記液状物質相における前記塩基成分と前記酸成分の量が、(前記塩基成分のモル数)>(前記酸成分のモル数)≧0の関係式を満たすことを特徴とする固体電解コンデンサ。 - 前記液状物質が、前記液状物質の重量を基準にして、0.3重量%以上50重量%以下の量の前記塩基成分を含むことを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記塩基成分が、非共有電子対を持つ窒素化合物であることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記導電性高分子化合物が、π共役系導電性高分子化合物であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記導電性高分子化合物が、ドーパントとしてスルホン酸基を有する化合物を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記固体電解質相がさらに添加剤を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記液状物質相が親水性高分子化合物を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記親水性高分子化合物が、下記化学式(1)で表される構造を含む化合物を含むことを特徴とする請求項7に記載の固体電解コンデンサ。
−(R−O)n−・・・(1)
〔式中、Rは、置換又は未置換のアルキレン、置換又は未置換のアルケニレン、置換又は未置換のフェニレンから選ばれる少なくとも1種の基であり、nは1〜2000の整数であり、−(R−O)n−はブロック共重合体やグラフト共重合体であってもよい。〕 - 前記液状物質相が、前記液状物質の重量を基準として、5重量%以下の量の水を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記水酸基を有する高分子を主成分とする基材が、天然繊維、再生繊維、合成繊維またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記固体電解質相が前記空隙に占める割合は1〜70vol%の範囲内であり、前記液状物質相が前記空隙の体積から前記固体電解質相の体積を除いた残りの体積に占める割合は10〜100vol%の範囲内であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
- 表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔と、前記陽極箔及び前記陰極箔の間に配設されたセパレータと、を備え、前記陽極箔及び前記陰極箔の間の前記セパレータを除く空隙には、導電性高分子化合物を含む固体電解質を含むコンデンサ素子を準備し、
前記空隙に液状物質を導入することを含むハイブリッド型固体電解コンデンサの製造方法であり、
前記セパレータの基材は、水酸基を有する高分子を主成分とする基材を含み、
前記液状物質が塩基成分を含み、且つ、
前記液状物質は、さらに酸成分を含んでも含まなくてもよく、前記液状物質における前記塩基成分と前記酸成分の量が、(前記塩基成分のモル数)>(前記酸成分のモル数)≧0の関係式を満たすことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
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