JP2022141927A - 固体電解コンデンサおよび固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本実施形態の固体電解コンデンサについて図1を参照して詳細に説明する。図1に示す通り、固体電解コンデンサは、陽極箔1と陰極箔2と、がセパレータ3を介して巻回されたコンデンサ素子10を有する。固体電解コンデンサは、コンデンサ素子10を電解液とともに、図示しない有底筒状の外装ケースに収納し、封止することにより作製される。
上記のような本実施形態の固体電解コンデンサの製造方法は、以下の工程を含む。
(1)コンデンサ素子を形成する工程
(2)コンデンサ素子に、固体電解質層を形成する工程
(3)コンデンサ素子内の空隙部に、電解液を充填させる工程
(4)固体電解コンデンサを形成する工程
(1)コンデンサ素子を形成する工程
コンデンサ素子10を形成する工程では、陽極箔1と陰極箔2と、をセパレータ3を介して巻回したコンデンサ素子10を形成する。陽極箔1は、例えば、アルミニウムなどの平板状の弁作用金属箔をエッチング処理し、さらに化成処理により誘電体皮膜を形成したエッチング箔により形成する。陰極箔2は、例えば陽極箔1と同様に平板状の金属箔をエッチング処理したエッチング箔により形成する。陽極箔1と陰極箔2には、それぞれリード線4,5が接続される。コンデンサ素子10は、以上のような陽極箔1と陰極箔2とを、セパレータ3を間に挟むようにして巻き取ることで形成されている。なお、形成されたコンデンサ素子10を、修復液に浸漬して修復化成を行っても良い。浸漬時間は、5~120分とすることが好ましい。
コンデンサ素子10を、導電性高分子分散体に浸漬後、乾燥させ、固体電解質層7を形成する。コンデンサ素子10を導電性高分子分散体に浸漬する時間は、コンデンサ素子10の大きさによって決まるが、直径5mm×高さ3mm程度のコンデンサ素子では5秒以上、直径9mm×高さ5mm程度のコンデンサ素子では10秒以上が望ましく、最低でも5秒間は浸漬することが必要である。なお、長時間浸漬しても特性上の弊害はない。また、このように浸漬した後、減圧状態で保持すると好適である。その理由は、揮発性溶媒の残留量が少なくなるためであると考えられる。導電性高分子分散体の含浸ならびに乾燥は、必要に応じて複数回行ってもよい。
固体電解質層7が形成されたコンデンサ素子10を電解液に浸漬し、コンデンサ素子10内の空隙部に電解液を充填させる。
コンデンサ素子10は、電解液とともに外装ケースに挿入され、開口端部に封口ゴムを装着して、加締め加工によって封止する。その後、エージングを行い、固体電解コンデンサを作製する。また外装ケース以外にも、コンデンサ素子10をエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂により外装を被覆し、エージングを行い固体電解コンデンサを作製することもできる。
(1)本実施形態の固体電解コンデンサは、陽極箔1と陰極箔2と、がセパレータ3を介して巻回されたコンデンサ素子10を有し、コンデンサ素子10は、固体電解質層を有し、コンデンサ素子10内の空隙部には、電解液が充填され、電解液は、溶質として脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩と、溶媒として多価アルコールと、を含み、溶媒に対する溶質の酸の添加量が0.6mol/kg以下である。
γ-ブチロラクトンやスルホランよりも、エチレングリコールのようなヒドロキシル基を有するプロトン性溶媒の方がセパレータや電極箔、導電性ポリマーとの親和性が高い。そのため、固体電解コンデンサ使用時の電解液が揮発する過程において、セパレータや電極箔、導電性高分子と電解液との間で電荷の受け渡しが行われやすく、静電容量変化率(ΔCap)が小さくなると考えられる。
溶媒として水を含む水系電解液を用いると、電極箔や固体電解質層の導電性高分子に劣化が生じ、ESRが上昇するおそれがある。本実施形態では溶媒として水を含まない非水系電解液を用いているため、水系電解液を用いた場合と比較してESRの増加を抑制することができる。
電解液にホウ酸およびマンニットを添加することにより、負荷試験において静電容量やESRの変化をさらに抑制することができる。
分子量が150以上の脂肪族カルボン酸を用いることで、80WVを超える高圧における耐圧特性をさらに改善することができる。
まず、定格電圧80WVの固体電解コンデンサの耐圧試験を行うため、以下の固体電解コンデンサを作製した。
表面に誘電体皮膜層が形成された陽極箔と、陰極箔と、に電極引き出し手段であるリード線を接続し、両電極箔をマニラ系セパレータを介して巻回し、素子形状が直径8mm×高さ10mmのコンデンサ素子を形成した。そして、このコンデンサ素子をリン酸二水素アンモニウム水溶液に40分間浸漬して、修復化成を行った。
アゼライン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アゼライン酸を0.26mol/kg、アンモニウムイオンを0.26mol/kgとしたこと以外は、実施例1と同様に作製した。
アゼライン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アゼライン酸を0.37mol/kg、アンモニウムイオンを0.37mol/kgとしたこと以外は、実施例1と同様に作製した。
アゼライン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アゼライン酸を0.60mol/kg、アンモニウムイオンを0.60mol/kgとしたこと以外は、実施例1と同様に作製した。
電解液の添加剤として、リン酸エステル、p-ニトロ安息香酸、ホウ酸、およびマンニットを合計2.8wt%添加したこと以外は、実施例1と同様に作製した。
アゼライン酸アンモニウム塩を、アジピン酸アンモニウム塩とした。アジピン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アジピン酸を0.06mol/kg、アンモニウムイオンを0.06mol/kgとした。それ以外は、実施例1と同様に作製した。
アジピン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アジピン酸を0.10mol/kg、アンモニウムイオンを0.10mol/kgとしたこと以外は、実施例6と同様に作製した。
アジピン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アジピン酸を0.16mol/kg、アンモニウムイオンを0.16mol/kgとしたこと以外は、実施例6と同様に作製した。
アジピン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アジピン酸を0.20mol/kg、アンモニウムイオンを0.20mol/kgとしたこと以外は、実施例6と同様に作製した。
アゼライン酸アンモニウム塩を、1,6-デカンジカルボン酸アンモニウム塩とした。1,6-デカンジカルボン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、1,6-デカンジカルボン酸を0.09mol/kg、アンモニウムイオンを0.09mol/kgとした。それ以外は、実施例1と同様に作製した。なお、この固体電解コンデンサの定格容量は22μFである。
アゼライン酸アンモニウム塩を、1,7-オクタンジカルボン酸アンモニウム塩、7-メチル-7-メトキシカルボニル-1,9-デカンジカルボン酸アンモニウム塩、7,9-ジメチル-7,9-ジメトキシカルボニル-1,11-ドデカンジカルボン酸アンモニウム塩、7,8-ジメチル-7,8-ジメトキシカルボニル-1,14-テトラデカンジカルボン酸アンモニウム塩とした。溶質の添加量の内訳を、1,7-オクタンジカルボン酸を0.05mol/kg、7-メチル-7-メトキシカルボニル-1,9-デカンジカルボン酸を0.01mol/kg、7,9-ジメチル-7,9-ジメトキシカルボニル-1,11-ドデカンジカルボン酸を0.01mol/kg、7,8-ジメチル-7,8-ジメトキシカルボニル-1,14-テトラデカンジカルボン酸を0.02mol/kg、アンモニウムイオンを0.09mol/kgとした。それ以外は、実施例1と同様に作製した。なお、この固体電解コンデンサの定格容量は22μFである。
アゼライン酸アンモニウム塩を、フタル酸トリエチルアミン塩とした。フタル酸トリエチルアミン塩の添加量の内訳を、フタル酸を0.60mol/kg、トリエチルアミンを0.47mol/kgとした。それ以外は、実施例1と同様に作製した。
アゼライン酸アンモニウム塩を、アゼライン酸トリエチルアミン塩とした。アゼライン酸トリエチルアミン塩の添加量の内訳を、アゼライン酸を0.60mol/kg、トリエチルアミンを0.47mol/kgとした。それ以外は、実施例1と同様に作製した。
アゼライン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アゼライン酸を0.81mol/kg、アンモニウムイオンを0.81mol/kgとしたこと以外は、実施例1と同様に作製した。
次に、定格電圧100WVの固体電解コンデンサの耐圧試験を行うため、以下の固体電解コンデンサをさらに作製した。
固体電解コンデンサの定格容量を18μFとした以外は、実施例4と同様に作製した。
アゼライン酸アンモニウム塩を、アジピン酸アンモニウム塩とした。アジピン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アジピン酸を0.60mol/kg、アンモニウムイオンを0.60mol/kgとした。それ以外は、実施例12と同様に作製した。
上記実施例1~11、比較例2および3の固体電解コンデンサについて、初期のESRおよび誘電損失(tanδ)を測定した。なお、誘電損失は120kHz(20℃)、ESR特性は100kHz(20℃)における値を示す。また、上述の通り、実施例1~9、比較例2および3の容量は39μF、実施例10および11の容量は22μFである。
2 陰極箔
3 セパレータ
4,5 リード線
10 コンデンサ素子
Claims (5)
- 陽極箔と陰極箔と、がセパレータを介して巻回されたコンデンサ素子を有し、
前記コンデンサ素子は、導電性高分子を含む固体電解質層を有し、
前記コンデンサ素子内の空隙部には、電解液が充填され、
前記電解液は、溶質として脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩と、溶媒として多価アルコールと、を含み、
前記脂肪族カルボン酸の分子量が150以上であり、
前記溶媒に対する前記溶質の酸の添加量が0.6mol/kg以下であることを特徴とする固体電解コンデンサ。 - 前記多価アルコールが、エチレングリコールであることを特徴とする請求項1記載の固体電解コンデンサ。
- 前記電解液が、前記溶媒として水を含まない非水系電解液であることを特徴とする請求項1又は2記載の固体電解コンデンサ。
- 前記電解液が、ホウ酸およびマンニットをさらに含むことを特徴とする請求項1~3いずれか一項記載の固体電解コンデンサ。
- 陽極箔と陰極箔と、をセパレータを介して巻回したコンデンサ素子を形成する工程と、
前記コンデンサ素子を、導電性高分子の分散体に浸漬後、乾燥させ、導電性高分子を含む固体電解質層を形成する工程と、
前記固体電解質層が形成されたコンデンサ素子を、溶質として分子量が150以上である脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩と、溶媒として多価アルコールと、を含む電解液に浸漬し、前記コンデンサ素子内の空隙部に電解液を充填する工程と、
を含み、
前記溶媒に対する前記溶質の酸の添加量が0.6mol/kg以下である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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