JP2021174789A

JP2021174789A - 電解コンデンサ用セパレータの製造方法および電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2021174789A
Application number: JP2020074505A
Authority: JP
Inventors: 公男雨宮; Kimio Amamiya
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2021-11-01

Abstract

【課題】電解コンデンサのサイズを大きくすることなく、耐電圧特性を維持しつつ静電容量が増加した電解コンデンサを製造可能な電解コンデンサ用セパレータを製造可能にする。【解決手段】カレンダー加工工程と、カレンダー加工工程よりも高い圧力で圧延して、セパレータを形成する圧延工程とを備えた電解コンデンサ用セパレータの製造方法。【選択図】図４

Description

本発明は、電解コンデンサ用セパレータの製造方法および電解コンデンサに関する。

近年、電解コンデンサの高容量化が求められている。例えば、巻回型電解コンデンサにおいては、巻回型電解コンデンサの巻回長を長くすることで高容量化を実現することは可能であるが、巻回長を長くする分だけ当該電解コンデンサが大形化してしまう。そこで、陽極箔と陰極箔との間のセパレータの厚みを薄くすることで大形化を回避しつつ高容量化を図ることが考えられる。しかしながら、セパレータの厚みを単に薄くしただけでは、耐電圧特性が低下する。耐電圧特性を維持するためには、セパレータをより均一かつ緻密な地合にすることや密度を上げることが有効である。

特許文献１には、抄紙後の後加工でカレンダー処理を行うことでセパレータを高密度化する技術について記載されている。

特開２０１３−２０１４０６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においては、カレンダー処理を行ってセパレータを高密度化しても繊維が厚さ方向に圧縮されるのみで繊維の大きさや面方向の緻密性には変化がないため、耐電圧特性を維持しながら高容量化を図ることが困難である。

そこで、本発明の目的は、電解コンデンサのサイズを大きくすることなく、耐電圧特性を維持しつつ静電容量を増加させることができる電解コンデンサ用セパレータの製造方法および電解コンデンサを提供することである。

本発明の電解コンデンサ用セパレータの製造方法は、カレンダー加工工程と、前記カレンダー加工工程よりも高い圧力で圧延して、前記セパレータを形成する圧延工程とを備えている。

これによると、電解コンデンサに用いられるセパレータの厚みを、カレンダー加工工程によって形成されたものよりも小さくすることが可能となる。これにより、電解コンデンサにおいて、セパレータを介して陽極箔と陰極箔とを重ね合わせたシート状物の厚みが小さくなる分だけ、巻回型電解コンデンサにおいては巻回長を長くすること、積層型電解コンデンサにおいては積層枚数を多くすることが可能となる。このため、両電極箔の面積を増加させることが可能となって、電解コンデンサのサイズを大きくすることなく、静電容量を高めた電解コンデンサを製造することが可能となる。また、セパレータをカレンダー加工工程よりも高い圧力で圧縮するため、セパレータの繊維を変形させることができ、一方で、セパレータの繊維径が変形（圧縮方向に薄くなり、圧縮方向と垂直方向に広がる）してもセパレータの繊維間の延長距離は圧延工程前のときとほとんど変わらないため、電流パスの距離が維持される。このため、電解コンデンサの耐電圧特性を維持しつつ静電容量を増加させることが可能となる。

本発明においては、前記圧延工程において、前記セパレータに付与する単位面積当たりの圧力が１００ＭＮ／ｍ²以上であることが好ましい。これにより、セパレータの厚みをカレンダー加工工程しか行わないものよりも大幅に小さくすることが可能となる。

また、本発明においては、前記セパレータが、マニラ麻を含む混抄紙であることが好ましい。これにより、セパレータを圧縮しやすくなる。

本発明の電解コンデンサは、上述のセパレータを介して、陽極箔と陰極箔とを重ね合わせて巻回してなるコンデンサ素子を備えている。

これにより、電解コンデンサにおいて、セパレータを介して陽極箔と陰極箔とを重ね合わせたシート状物の厚みが小さくなる分だけ、巻回型電解コンデンサにおいては巻回長を長くすること、積層型電解コンデンサにおいては積層枚数を多くすることが可能となる。このため、両電極箔の面積を増加させることが可能となって、電解コンデンサのサイズを大きくすることなく、静電容量を高めることが可能となる。また、セパレータをカレンダー加工工程よりも高い圧力で圧縮するため、セパレータの繊維を変形させることができ、一方で、セパレータの繊維径が変形（圧縮方向に薄くなり、圧縮方向と垂直方向に広がる）してもセパレータの繊維間の延長距離は圧延工程前のときとほとんど変わらないため、電流パスの距離が維持される。このため、電解コンデンサの耐電圧特性を維持しつつ静電容量を増加させることが可能となる。

本発明の電解コンデンサ用セパレータの製造方法によると、電解コンデンサに用いられるセパレータの厚みを、カレンダー加工工程によって形成されたものよりも小さくすることが可能となる。これにより、電解コンデンサにおいて、セパレータを介して陽極箔と陰極箔とを重ね合わせたシート状物の厚みが小さくなる分だけ、巻回型電解コンデンサにおいては巻回長を長くすること、積層型電解コンデンサにおいては積層枚数を多くすることが可能となる。このため、両電極箔の面積を増加させることが可能となって、電解コンデンサのサイズを大きくすることなく、耐電圧特性を維持しつつ静電容量が増加した電解コンデンサを製造することが可能となる。
本発明の電解コンデンサによると、電解コンデンサのサイズを大きくすることなく、電解コンデンサの耐電圧特性を維持しつつ静電容量を増加させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る巻回型電解コンデンサの製造方法により製造された巻回型電解コンデンサの外観および内部構造を示す概略構成図である。図１に示す巻回体の分解斜視図である。図１に示すコンデンサ素子の外観図である。図１に示す電解コンデンサの製造工程のフローチャートである。（ａ）は図２に示すセパレータが圧縮される前のセパレータの要部拡大写真であり、（ｂ）は図２に示すセパレータの要部拡大写真である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（電解コンデンサの構成）
図１に示すように、巻回型電解コンデンサ１（以下、単に電解コンデンサ１と称す）は、主として、コンデンサ素子２、外装ケース５、および、弾性封口体６を有している。コンデンサ素子２は、図２および図３に示すように、後述の複数のシートを重ね合わせたシート状物３ａを巻回した巻回体３を、その外周面に貼り付けられた巻止めテープ４により巻止めすることで形成されている。

図２に示すように、巻回体３は、陽極箔３１、陰極箔３２、および２枚のセパレータ３３ａ、３３ｂからなる４枚の帯状のシートを、陽極箔３１、セパレータ３３ａ、陰極箔３２、セパレータ３３ｂの順で重ね合わせたシート状物３ａを、巻回して形成されている。シート状物３ａは、陽極箔３１が内側となりセパレータ３３ｂが外側となるように配置されている。

陽極箔３１は、アルミニウム等の弁作用金属で形成されている。この陽極箔３１の表面はエッチング処理により粗面化されるとともに陽極酸化による陽極酸化皮膜が形成されている。また、陰極箔３２も陽極箔３１と同様にアルミニウム等の弁作用金属で形成されており、その表面は粗面化されるとともに自然酸化皮膜、陽極酸化皮膜、炭素、チタン、チタン化合物で少なくとも一部が覆われているものを使用できる。陽極箔３１と陰極箔３２とにはそれぞれリードタブが接続され、リードタブを介して陽極箔３１と陰極箔３２とからリード線３４がそれぞれ引き出されている。

また、陽極箔３１および陰極箔３２との間に介在するセパレータ３３ａ、３３ｂに電解液および／または導電性高分子が保持されている（図示せず）。本実施形態におけるセパレータ３３ａ，３３ｂは、マニラ麻とエスパルトの２種類の繊維の混抄紙からなる。

図１に戻って、外装ケース５は、有底筒形状を有するものであり、コンデンサ素子２を収容している。弾性封口体６は、外装ケース５の開口部を封止するものであり、弾性ゴムで形成されている。コンデンサ素子２のリード線３４は、弾性封口体６に形成された貫通孔を介して外装ケース５から引き出されている。

続いて、図４を参照しつつ、電解コンデンサ１の製造方法について説明する。まず、陽極箔３１および陰極箔３２の表面にエッチング処理を施して粗面化する。さらに、粗面化された陽極箔３１の表面に化成処理を施して陽極酸化皮膜を形成し、陰極箔３２は、耐水性処理および／または熱処理にて自然酸化皮膜を形成する（ステップＳ１）。

次に、圧延工程前のセパレータ前躯体として、カレンダー加工されて形成された混抄紙を準備する（カレンダー加工工程）。本実施形態のセパレータ前躯体としては、ニッポン高度紙工業社製のMR5D390を採用するが、他の混抄紙でもよい。セパレータ前躯体としては、好ましくは、マニラ麻を含むものがよい。このようにマニラ麻の繊維を含むマニラ麻系セパレータは、クラフト系セパレータに比べて、圧縮することで容易にマニラ麻繊維を変形させ繊維厚みを減少させ繊維幅を広げることが可能である。これより、マニラ麻系セパレータをセパレータ前躯体として採用することで、セパレータ前躯体の厚みを大幅に小さくし易くなる。最初に、準備したセパレータ前躯体を、公知の圧延装置に通して、セパレータ前躯体の厚みが小さくなったセパレータを形成する（圧延工程：ステップＳ２）。この圧延工程においては、セパレータ前躯体が形成されるカレンダー加工工程よりも高い圧力で圧延する。本実施形態においては、セパレータ前躯体に対して、単位面積当たり約２７０ＭＮ／ｍ²の圧力を加えているが、単位面積当たり１００ＭＮ／ｍ²以上の圧力を加えればよい。このように単位面積当たり１００Ｎ／ｍ²以上の圧力を加えることで、セパレータ前躯体の厚みを大幅に減少させることが可能となる。本実施形態においては、セパレータ３３ａ，３３ｂの厚みがセパレータ前躯体の厚みよりも約４０％程度小さい厚みとなっている。より詳細には、図５（ａ）に示すように、厚みが約９０μｍのセパレータ前躯体が上記の圧延工程により、図５（ｂ）に示すように、厚みが約５０μｍのセパレータ３３ａ，３３ｂに形成される。

また、圧延工程でセパレータ前躯体を減厚して形成されたセパレータ３３ａ，３３ｂは、セパレータ前躯体よりも密度が高くなる。より詳細には、減厚前のセパレータ前躯体（ニッポン高度紙工業社製のMR5D390）においては、約０．６ｇ／ｃｍ³であるが、減厚後のセパレータ３３ａ，３３ｂにおいては、約１．１ｇ／ｃｍ³となり、密度が向上する。なお、マニラ麻系圧縮セパレータを採用することで、セパレータの耐電圧が高くなるので、高電圧用アルミニウム電解コンデンサでもγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）溶媒の電解液にも適用することが可能となる。

なお、ステップＳ１とステップＳ２の工程の順は、前後入れ替わっていてもよいし、同時であってもよい。

次に、陽極酸化皮膜が形成された陽極箔３１と、自然酸化皮膜が形成された陰極箔３２とのそれぞれにリードタブを介してリード線３４を接続する。そして、圧延工程で形成されたセパレータ３３ａ、３３ｂを介して陽極箔３１および陰極箔３２を重ね合わせてシート状物３ａを形成する。その後、シート状物３ａを巻回して、円柱形の巻回体３を形成する（ステップＳ３：素子形成工程の一部）。次いで、巻止めテープ４を巻回体３に貼り付けて巻回体３を巻止めし、コンデンサ素子２を形成する（ステップＳ４：素子形成工程の一部）。

次に、ステップＳ４においてコンデンサ素子２を形成した後、電解コンデンサ１の組み立てを行う（ステップＳ５）。すなわち、ステップＳ４で形成されたコンデンサ素子２に電解液を含浸させた後、外装ケース５に収容し開口部を弾性封口体６で封止する。このとき、コンデンサ素子２のリード線３４を、弾性封口体６に形成された貫通孔を介して外装ケース５から引き出す。こうして、電解コンデンサ１の製造が完了する。

このような電解コンデンサ１の製造方法の圧延工程および素子形成工程を経て形成したコンデンサ素子（実施例）と、セパレータ前躯体（ニッポン高度紙工業社製のMR5D390）をセパレータとして採用し圧延工程を経ずに素子形成工程を経て形成したコンデンサ素子（比較例）との静電容量、耐電圧およびＥＳＲ（Equivalent Series Resistance）を測定した。このときの結果を表１に示す。なお、実施例におけるコンデンサ素子のセパレータの厚みは５０μｍであり、シート状物としての巻回長が６０ｃｍである。一方、比較例におけるコンデンサ素子のセパレータの厚みは９０μｍであり、シート状物としての巻回長が５０ｃｍである。また、各コンデンサ素子における陽極箔および陰極箔はアルミニウム箔を採用している。

各コンデンサ素子の静電容量は、ＬＣＲメータにより室温２５℃で測定電圧の周波数を１２０Ｈｚとして、測定した値である。また、各コンデンサ素子の耐電圧は、６５℃で約６ｍＡ定電流を印加し、絶縁破壊が発生した電圧を耐電圧としたときの値である。また、各コンデンサ素子のＥＳＲは、ＬＣＲメータにより室温２５℃で測定電圧の周波数を１００ｋＨｚとして、測定した値である。

表１より、実施例のコンデンサ素子は、カレンダー加工を経て形成されたセパレータ前躯体を圧延工程によってその厚みを減少させて形成されるため、この厚み減少分だけ、同じサイズのコンデンサ素子におけるシート状物３ａの巻回長が長くなって、静電容量が上昇する。また、セパレータ前躯体を圧縮してセパレータを形成しているため、セパレータの繊維間の延長距離はセパレータ前躯体のときとほとんど変わらないため、電流パスの距離が維持される。このため、耐電圧特性についても維持しつつ静電容量を増加させることが可能となる。また、ＥＳＲについても、比較例のコンデンサ素子と同等以下にすることができる。

以上に述べたように、本実施形態の巻回型電解コンデンサ１の製造方法によると、巻回型電解コンデンサ１に用いられるセパレータ３３ａ，３３ｂの厚みを、カレンダー加工によって形成されたものよりも小さくすることが可能となる。これにより、素子形成工程において、セパレータ３３ａを介して陽極箔３１と陰極箔３２とを重ね合わせたシート状物３ａの厚みが小さくなる分だけ、巻回長を長くすることが可能となる。このため、両電極箔３１，３２の面積を増加させることが可能となって、巻回型電解コンデンサ１のサイズを大きくすることなく、静電容量を高めた巻回型電解コンデンサ１を製造することが可能となる。なお、積層型電解コンデンサにおいても、セパレータ３３ａを介して陽極箔３１と陰極箔３２とを重ね合わせたシート状物３ａの厚みが小さくなる分だけ、積層枚数を多くすることが可能となる。このため、両電極箔３１，３２の面積を増加させることが可能となって、巻回型電解コンデンサ１と同様に積層型電解コンデンサのサイズを大きくすることなく、静電容量を高めた積層型電解コンデンサを製造することが可能となる。また、セパレータ前躯体を圧縮してセパレータ３３ａ，３３ｂを形成しているため、セパレータ３３ａ，３３ｂの繊維間の延長距離はセパレータ前躯体のときとほとんど変わらないため、電流パスの距離が維持される。このため、巻回型電解コンデンサ１（および積層型電解コンデンサ）の耐電圧特性を維持しつつ静電容量を増加させることが可能となる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。上述の実施形態においては、圧延工程において、セパレータ前躯体に付与する単位面積当たりの圧力が１００ＭＮ／ｍ²以上であるが、カレンダー加工で付与される単位面積当たりの圧力よりも高ければよい。こうすれば、セパレータの厚みが減厚され、上述と同様の効果を得ることができる。また、圧延工程に使用される圧延装置はどのようなものであってもよく、セパレータ前躯体を減厚することが可能であればよい。

１電解コンデンサ
２コンデンサ素子
３巻回体
４巻止めテープ
５外装ケース
６弾性封口体
３１陽極箔
３２陰極箔
３３ａ、３３ｂセパレータ
３４リード線

Claims

電解コンデンサ用セパレータの製造方法であって、
カレンダー加工工程と、前記カレンダー加工工程よりも高い圧力で圧延して、前記セパレータを形成する圧延工程とを備えていることを特徴とする電解コンデンサ用セパレータの製造方法。
前記圧延工程が、前記セパレータに付与する単位面積当たりの圧力が１００ＭＮ／ｍ²以上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用セパレータの製造方法。
前記セパレータが、マニラ麻を含む混抄紙であることを特徴とする請求項１または２に記載の電解コンデンサ用セパレータの製造方法。
請求項１〜３のいずれかに記載のセパレータを介して、陽極箔と陰極箔とを重ね合わせて巻回してなるコンデンサ素子を備えていることを特徴とする電解コンデンサ。