JP2022144218A - Electrolytic capacitor and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解コンデンサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to an electrolytic capacitor and its manufacturing method.
電解コンデンサとして、誘電体酸化皮膜を有する陽極と、陰極と、陽極および陰極の間に配置されたセパレータとを有するコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子が収納された外装ケースと、外装ケースの開口を封止する封口体(封口手段)と、を備えた電解コンデンサが知られている(特許文献1参照)。 As an electrolytic capacitor, a capacitor element having an anode having a dielectric oxide film, a cathode, and a separator disposed between the anode and the cathode, an exterior case containing the capacitor element, and an opening of the exterior case being sealed. There is known an electrolytic capacitor provided with a sealing member (sealing means) for sealing (see Patent Document 1).
特許文献1には、陽極に接続された電極引き出し手段の封口体貫通用丸棒部と溶接部において、少なくとも丸棒部を、予めポリイミドシリコンによりコートし、その後、コンデンサ素子の両電極間に固体電解質層を形成している。これにより、固体電解質が溶接部に付着した場合にショートが発生することが抑制される。
In
上述した電解コンデンサには、固体電解質層を形成する前に絶縁物であるポリイミドシリコンがコートされているため、過電圧などが印加された際、ショートの発生を抑制できるものの、絶縁物が抵抗となるため、電解コンデンサの等価直列抵抗(ESR)が高くなる。 The electrolytic capacitor described above is coated with polyimide silicon, which is an insulator, before the solid electrolyte layer is formed. Therefore, when an overvoltage or the like is applied, the occurrence of a short circuit can be suppressed, but the insulator acts as a resistance. Therefore, the equivalent series resistance (ESR) of the electrolytic capacitor increases.
本発明の目的は、電解コンデンサに過電圧などが印加された際、ショートの発生を抑制でき、かつ、ESRの上昇が抑制される電解コンデンサ、および、その製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electrolytic capacitor capable of suppressing the occurrence of a short circuit and suppressing an increase in ESR when an overvoltage or the like is applied to the electrolytic capacitor, and a method of manufacturing the same.
本発明の電解コンデンサは、誘電体酸化皮膜を有する陽極と、陰極と、前記陽極および前記陰極の間に配置されたセパレータとを有するコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子が収容された外装体と、を備えた電解コンデンサであり、前記コンデンサ素子は、前記誘電体酸化皮膜と前記セパレータとの間に形成された、第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層を有し、前記第1の導電性高分子層の前記誘電体酸化皮膜との接触面積は、前記第2の導電性高分子層の前記誘電体酸化皮膜との接触面積より大きく、前記第1の導電性高分子層は、高分子と、第1ドーパントとを含み、前記第2の導電性高分子層は、前記第1の導電性高分子層に含まれる前記高分子と同じ高分子と、第2ドーパントとを含み、第1ドーパントの沸点は、前記第2ドーパントの沸点より低い。 An electrolytic capacitor of the present invention includes a capacitor element having an anode having a dielectric oxide film, a cathode, a separator disposed between the anode and the cathode, and an exterior body housing the capacitor element. wherein the capacitor element has a first conductive polymer layer and a second conductive polymer layer formed between the dielectric oxide film and the separator; The contact area of the first conductive polymer layer with the dielectric oxide film is larger than the contact area of the second conductive polymer layer with the dielectric oxide film, and The layer contains a polymer and a first dopant, and the second conductive polymer layer contains the same polymer as the polymer contained in the first conductive polymer layer and a second dopant. wherein the boiling point of the first dopant is lower than the boiling point of the second dopant.
本発明者らの知見から、以下のことがわかった。
上記構成によると、誘電体酸化皮膜との接触面積が大きい第1の導電性高分子層に含まれる第1ドーパントの沸点が、第2の導電性高分子層に含まれる第2ドーパントの沸点より低い。電解コンデンサに過電圧などが印加された際、第1の導電性高分子層に含まれる第1ドーパントが、第2ドーパントより早く分解する。これにより、誘電体酸化皮膜との接触面積が大きい第1の導電性高分子層は、第2導電性高分子層より早く導電性を失い、絶縁化する。その結果、ショートの発生が抑制されることがわかった。
一方、誘電体酸化皮膜との接触面積が小さい第2の導電性高分子層は、第1の導電性高分子層より絶縁化しにくい。そのため、第2の導電性高分子層は抵抗となりにくい。これにより、過電圧が印加されても、電解コンデンサのESRが上昇しにくいことがわかった。
上記より、本発明によると、過電圧などが印加された際、ショートの発生を抑制でき、かつ、ESRの上昇が抑制される電解コンデンサを提供することができる。
The findings of the present inventors have revealed the following.
According to the above configuration, the boiling point of the first dopant contained in the first conductive polymer layer, which has a large contact area with the dielectric oxide film, is higher than the boiling point of the second dopant contained in the second conductive polymer layer. low. When overvoltage or the like is applied to the electrolytic capacitor, the first dopant contained in the first conductive polymer layer decomposes faster than the second dopant. As a result, the first conductive polymer layer, which has a large contact area with the dielectric oxide film, loses its conductivity faster than the second conductive polymer layer and becomes insulated. As a result, it was found that the occurrence of short circuits was suppressed.
On the other hand, the second conductive polymer layer, which has a small contact area with the dielectric oxide film, is more difficult to insulate than the first conductive polymer layer. Therefore, the second conductive polymer layer does not easily become a resistor. As a result, it was found that the ESR of the electrolytic capacitor hardly increased even when overvoltage was applied.
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electrolytic capacitor that can suppress the occurrence of a short circuit and suppress an increase in ESR when an overvoltage or the like is applied.
上記構成において、前記第2の導電性高分子層における高分子の重量が、前記第1の導電性高分子層における高分子の重量より大きいことが好ましい。 In the above configuration, it is preferable that the weight of the polymer in the second conductive polymer layer is larger than the weight of the polymer in the first conductive polymer layer.
上記構成によると、第1の導電性高分子層と第2の導電性高分子層とにおいて、絶縁化しにくい第2の導電性高分子層の高分子の重量が、絶縁化しやすい第1の導電性高分子層の高分子の重量より大きい。これは、抵抗になりにくい第2の導電性高分子層の高分子が比較的多いことを示す。そのため、過電圧が印加されても、電解コンデンサのESRがより上昇しにくい。 According to the above configuration, in the first conductive polymer layer and the second conductive polymer layer, the weight of the polymer in the second conductive polymer layer, which is difficult to insulate, increases the weight of the polymer in the first conductive polymer layer, which is easy to insulate. greater than the weight of the polymer in the flexible polymer layer. This indicates that there are relatively many polymers in the second conductive polymer layer that are less likely to become resistance. Therefore, even if overvoltage is applied, the ESR of the electrolytic capacitor is less likely to increase.
本発明の電解コンデンサの製造方法は、誘電体酸化皮膜を有する陽極と陰極とをセパレータを介して巻回してコンデンサ素子を作成する第1の工程と、前記コンデンサ素子の少なくとも前記誘電体酸化皮膜と前記セパレータとの間に第1の導電性高分子層を形成する第2の工程と、前記第1の導電性高分子層を形成したコンデンサ素子に第2の導電性高分子層を形成する第3の工程と、前記第2の導電性高分子層を形成したコンデンサ素子を外装体に収容する第4の工程とを備え、前記第2の工程が、少なくとも第1モノマーと第1ドーパントを含む第1液に前記コンデンサ素子を浸漬して引き上げた後、熱処理によって第1の導電性高分子層を形成するものであり、前記第3の工程が、少なくとも前記第1モノマーと同じ第2モノマーと第2ドーパントを含む第2液に前記第1の導電性高分子層を形成したコンデンサ素子を浸漬して引き上げた後、熱処理によって第2の導電性高分子層を形成するものであり、前記第1ドーパントの沸点は、前記第2ドーパントの沸点より低い。 A method of manufacturing an electrolytic capacitor according to the present invention includes a first step of winding an anode and a cathode having a dielectric oxide film with a separator interposed therebetween to form a capacitor element, and at least the dielectric oxide film of the capacitor element. a second step of forming a first conductive polymer layer between the separator and the second step of forming a second conductive polymer layer on the capacitor element on which the first conductive polymer layer is formed; and a fourth step of housing the capacitor element having the second conductive polymer layer formed thereon in an outer package, wherein the second step includes at least a first monomer and a first dopant. After the capacitor element is immersed in the first liquid and pulled out, the first conductive polymer layer is formed by heat treatment, and the third step includes using at least the same second monomer as the first monomer. After the capacitor element having the first conductive polymer layer formed thereon is immersed in a second liquid containing a second dopant and pulled out, the second conductive polymer layer is formed by heat treatment. The boiling point of one dopant is lower than the boiling point of the second dopant.
上記構成によると、先に形成される第1の導電性高分子層は、後に形成される第2の導電性高分子層より、誘電体酸化皮膜との接触面積が大きい。誘電体酸化皮膜との接触面積が大きい第1の導電性高分子層に含まれる第1ドーパントの沸点が、第2の導電性高分子層に含まれる第2ドーパントの沸点より低い。そのため、電解コンデンサに過電圧などが印加された際、第1の導電性高分子層に含まれる第1ドーパントが、第2ドーパントより早く分解する。これにより、誘電体酸化皮膜との接触面積が大きい第1の導電性高分子層が、第2導電性高分子層より早く導電性を失い、絶縁化する。その結果、ショートの発生が抑制されることがわかった。
一方、誘電体酸化皮膜において、接触面積が小さい第2の導電性高分子層は、第1の導電性高分子層より絶縁化しにくい。そのため、第2の導電性高分子層は抵抗となりにくい。これにより、過電圧が印加されても、電解コンデンサのESRが上昇しにくいことがわかった。
上記より、本発明によると、過電圧などが印加された際、ショートの発生を抑制でき、かつ、ESRの上昇が抑制される電解コンデンサを提供することができる。
According to the above configuration, the first conductive polymer layer formed earlier has a larger contact area with the dielectric oxide film than the second conductive polymer layer formed later. The boiling point of the first dopant contained in the first conductive polymer layer, which has a large contact area with the dielectric oxide film, is lower than the boiling point of the second dopant contained in the second conductive polymer layer. Therefore, when overvoltage or the like is applied to the electrolytic capacitor, the first dopant contained in the first conductive polymer layer decomposes faster than the second dopant. As a result, the first conductive polymer layer, which has a large contact area with the dielectric oxide film, loses its conductivity faster than the second conductive polymer layer and becomes insulated. As a result, it was found that the occurrence of short circuits was suppressed.
On the other hand, in the dielectric oxide film, the second conductive polymer layer having a small contact area is more difficult to insulate than the first conductive polymer layer. Therefore, the second conductive polymer layer does not easily become a resistor. As a result, it was found that the ESR of the electrolytic capacitor hardly increased even when overvoltage was applied.
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electrolytic capacitor that can suppress the occurrence of a short circuit and suppress an increase in ESR when an overvoltage or the like is applied.
上記構成において、前記第2液中の前記第2モノマー濃度が、前記第1液中の前記第1モノマー濃度より高いことが好ましい。 In the above configuration, it is preferable that the concentration of the second monomer in the second liquid is higher than the concentration of the first monomer in the first liquid.
上記構成によると、第2液によって形成された第2の導電性高分子層中の高分子の重量が、第1液によって形成された第1の導電性高分子層中の高分子の重量より大きくなる。これにより、抵抗になりにくい第2の導電性高分子層の高分子が比較的多くなる。そのため、過電圧が印加されても、電解コンデンサのESRがより上昇しにくい。 According to the above configuration, the weight of the polymer in the second conductive polymer layer formed by the second liquid is greater than the weight of the polymer in the first conductive polymer layer formed by the first liquid. growing. As a result, the amount of polymer in the second conductive polymer layer, which does not readily become resistance, is relatively large. Therefore, even if overvoltage is applied, the ESR of the electrolytic capacitor is less likely to rise.
上記構成において、前記第2液が鉄イオンをさらに含み、前記第2液に含まれる鉄イオンに対する第2ドーパントのモル比が、2.6以上3.0以下であることが好ましい。 In the above configuration, it is preferable that the second liquid further contains iron ions, and the molar ratio of the second dopant to the iron ions contained in the second liquid is 2.6 or more and 3.0 or less.
上記構成により、過電圧などを印加する前の初期のESRが低い電解コンデンサを提供することができる。 With the above configuration, it is possible to provide an electrolytic capacitor with low initial ESR before overvoltage or the like is applied.
上記構成において、前記第1液が鉄イオンをさらに含み、前記第1液に含まれる鉄イオンに対する第1ドーパントのモル比が、2.6以上3.4以下であることが好ましい。 In the above configuration, it is preferable that the first liquid further contains iron ions, and the molar ratio of the first dopant to the iron ions contained in the first liquid is 2.6 or more and 3.4 or less.
上記構成により、静電容量が高く漏れ電流が低い電解コンデンサを提供することができる。 With the above configuration, it is possible to provide an electrolytic capacitor with high capacitance and low leakage current.
本発明によると、電解コンデンサに過電圧などが印加された際、ショートの発生を抑制でき、かつ、ESRの上昇が抑制される電解コンデンサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electrolytic capacitor that can suppress the occurrence of a short circuit and suppress an increase in ESR when an overvoltage or the like is applied to the electrolytic capacitor.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
電解コンデンサ1は、図1に示すように、外装ケース2および外装ケース2の開口を封止した封口体3を有する外装体4と、外装体4に収容されたコンデンサ素子5とを備えている。
The
コンデンサ素子5は、図2に示すように、陽極11と陰極12とをセパレータ13を介して円筒形に巻回して形成され、外周面に貼り付けられたテープ14により巻止めされている。
As shown in FIG. 2, the
陽極11および陰極12にはそれぞれ図示しないリードタブが接続されている。陽極11は、リードタブを介して、リード端子21に接続されている。陰極12は、リードタブを介して、リード端子22に接続されている。リード端子21およびリード端子22は、それぞれ、図1に示すように、封口体3に形成された孔31および孔32を通って外部に引き出されている。
Lead tabs (not shown) are connected to the
図2に示す陽極11は、表面に誘電体である誘電体酸化皮膜が形成された弁作用金属である。弁作用金属として、例えば、アルミニウム、タンタル、ニオブおよびチタンから構成される群より選択される少なくとも1つが挙げられる。誘電体酸化皮膜は、例えば、弁作用金属の箔の表面をエッチング処理により粗面化した後、化成処理を施すことによって形成される。
The
陰極12は、弁作用金属を用いて形成されている。陰極12として、例えば、弁作用金属箔の表面をエッチング処理により粗面化した箔、または、粗面化後、化成処理を施した箔が使用される。陰極12として、エッチング処理を施さないプレーン箔を使用してもよい。さらに、前記粗面化箔もしくはプレーン箔の表面に、チタン、ニッケル、チタン炭化物、ニッケル炭化物、チタン窒化物、ニッケル窒化物、チタン炭窒化物およびニッケル炭窒化物からなる群より選択される少なくとも1種の金属を含む金属薄膜が形成されたコーティング箔を使用してもよい。また、粗面化箔もしくはプレーン箔の表面にカーボン薄膜が形成されたコーティング箔を使用してもよい。
セパレータ13の材質は特に限定されない。セパレータ13として、例えば、セルロースを主体とするものを使用してもよい。
The material of the
コンデンサ素子5は、少なくとも陽極11の誘電体酸化皮膜とセパレータ13との間に、第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層を有する。第1の導電性高分子層と誘電体酸化皮膜との接触面積は、第2の導電性高分子層と誘電体酸化皮膜との接触面積より大きい。第2の導電性高分子層と誘電体酸化皮膜との接触面積は、第1の導電性高分子層と誘電体酸化皮膜との接触面積の50%以上が好ましい。第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層は、陽極11の誘電体酸化皮膜とセパレータ13との間以外の部分にも形成されていてもよい。
第1の導電性高分子層と第2の導電性高分子層とが存在する形態は、誘電体酸化皮膜に対する第1の導電性高分子層の接触面積が第2の導電性高分子層の接触面積より大きい限り、特に限定されない。例えば、誘電体酸化皮膜の上に第1の導電性高分子層が形成され、第1の導電性高分子層の上に第2の導電性高分子層が形成されていてもよい。誘電体酸化皮膜の上に、第1の導電性高分子層と第2の導電性高分子層とが存在してもよい。第1の導電性高分子層の隙間に第2の導電性高分子層が存在してもよい。ここでの「層」とは、平板状であってもよく、平板状でなくてもよい。 In the form in which the first conductive polymer layer and the second conductive polymer layer exist, the contact area of the first conductive polymer layer with respect to the dielectric oxide film is that of the second conductive polymer layer. It is not particularly limited as long as it is larger than the contact area. For example, a first conductive polymer layer may be formed on the dielectric oxide film, and a second conductive polymer layer may be formed on the first conductive polymer layer. A first conductive polymer layer and a second conductive polymer layer may be present on the dielectric oxide film. A second conductive polymer layer may exist between the first conductive polymer layers. The "layer" here may or may not be flat.
第1の導電性高分子層は、高分子と、第1ドーパントとを含む。高分子は特定のものに限定されない。分子として、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンまたはそれらの誘導体が挙げられる。第1ドーパントは特定のものに限定されない。第1ドーパントとして、例えば、p-トルエンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸(PSS)、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸が挙げられる。 The first conductive polymer layer includes a polymer and a first dopant. A polymer is not limited to a specific one. Molecules include, for example, polyethylenedioxythiophene (PEDOT), polythiophene, polypyrrole, polyaniline, or derivatives thereof. The first dopant is not limited to a specific one. Examples of the first dopant include p-toluenesulfonic acid, polystyrenesulfonic acid (PSS), ethanesulfonic acid, and benzenesulfonic acid.
第1の導電性高分子層は、鉄を含む酸化剤をさらに含んでいてもよい。鉄を含む酸化剤として、例えば、p-トルエンスルホン酸第二鉄、ベンゼンスルホン酸第二鉄が挙げられる。酸化剤は、例えば、第1の導電性高分子層を形成するとき、モノマーを化学酸化重合させるために用いられる。第1の導電性高分子層は、鉄を含む酸化剤とドーパントとを別々に含んでいてもよく、鉄とドーパントの酸との化合物を含んでいてもよい。鉄とドーパントの酸との化合物は、酸化剤兼ドーパントとして機能する。 The first conductive polymer layer may further contain an oxidizing agent containing iron. Examples of iron-containing oxidizing agents include ferric p-toluenesulfonate and ferric benzenesulfonate. The oxidizing agent is used, for example, to chemically oxidatively polymerize monomers when forming the first conductive polymer layer. The first conductive polymer layer may separately contain an iron-containing oxidizing agent and a dopant, or may contain a compound of iron and the acid of the dopant. A compound of iron and a dopant acid functions as both an oxidant and a dopant.
第2の導電性高分子層は、高分子と、第2ドーパントとを含む。第2の導電性高分子層に含まれる高分子は、第1の導電性高分子層に含まれる高分子と同じ高分子である。ここで、「第1の導電性高分子層に含まれる高分子と同じ高分子」とは、第1の導電性高分子層に含まれる高分子のモノマーと同じモノマーを重合して得られた高分子である。モノマー同士が同じであれば、つまり、「第1の導電性高分子層に含まれる高分子のモノマー」と「第2の導電性高分子層に含まれる高分子のモノマー」とが同じであれば、「第1の導電性高分子層に含まれる高分子の重合度」と、「第2の導電性高分子層に含まれる高分子の重合度」とが、同じでも、異なっても、「第1の導電性高分子層に含まれる高分子」と「第2の導電性高分子層に含まれる高分子」は同じである。 The second conductive polymer layer includes a polymer and a second dopant. The polymer contained in the second conductive polymer layer is the same polymer as the polymer contained in the first conductive polymer layer. Here, "the same polymer as the polymer contained in the first conductive polymer layer" is obtained by polymerizing the same monomer as the polymer contained in the first conductive polymer layer. It is a polymer. If the monomers are the same, that is, if "the polymer monomer contained in the first conductive polymer layer" and "the polymer monomer contained in the second conductive polymer layer" are the same. For example, whether the "degree of polymerization of the polymer contained in the first conductive polymer layer" and the "degree of polymerization of the polymer contained in the second conductive polymer layer" are the same or different, "The polymer contained in the first conductive polymer layer" and "the polymer contained in the second conductive polymer layer" are the same.
第2ドーパントは特定のものに限定されない。第2ドーパントとして、例えば、p-トルエンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸(PSS)、ベンゼンスルホン酸が挙げられる。 The second dopant is not limited to a specific one. Examples of the second dopant include p-toluenesulfonic acid, polystyrenesulfonic acid (PSS), and benzenesulfonic acid.
第2の導電性高分子層は、鉄を含む酸化剤をさらに含んでいてもよい。鉄を含む酸化剤として、例えば、p-トルエンスルホン酸第二鉄、1-ナフタレンスルホン酸第二鉄が挙げられる。酸化剤は、例えば、第2の導電性高分子層を形成するとき、モノマーを化学酸化重合させるために用いられる。第2の導電性高分子層は、鉄を含む酸化剤とドーパントとを別々に含んでいてもよく、鉄とドーパントの酸との化合物を含んでいてもよい。鉄とドーパントの酸との化合物は、酸化剤兼ドーパントとして機能する。 The second conductive polymer layer may further contain an oxidizing agent containing iron. Examples of iron-containing oxidizing agents include ferric p-toluenesulfonate and ferric 1-naphthalenesulfonate. The oxidizing agent is used, for example, to chemically oxidatively polymerize monomers when forming the second conductive polymer layer. The second conductive polymer layer may separately contain an iron-containing oxidizing agent and a dopant, or may contain a compound of iron and the acid of the dopant. A compound of iron and a dopant acid functions as both an oxidant and a dopant.
第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層の両方が鉄を含む酸化剤を含む場合、第1の導電性高分子層に含まれる酸化剤(鉄を含む酸化剤)と第2の導電性高分子層に含まれる酸化剤とは、同じでもよく、異なってもよい。 When both the first conductive polymer layer and the second conductive polymer layer contain an iron-containing oxidizing agent, the oxidizing agent (iron-containing oxidizing agent) contained in the first conductive polymer layer and The oxidizing agent contained in the second conductive polymer layer may be the same or different.
第1の導電性高分子層に含まれる第1ドーパントの沸点は、第2の導電性高分子層に含まれる第2ドーパントの沸点より低い。言い換えると、第1ドーパントの熱安定性は、第2ドーパントの熱安定性より低い。 The boiling point of the first dopant contained in the first conductive polymer layer is lower than the boiling point of the second dopant contained in the second conductive polymer layer. In other words, the thermal stability of the first dopant is lower than the thermal stability of the second dopant.
第1ドーパントの沸点は特に限定されない。第2ドーパントの沸点は特に限定されない。第1ドーパントの沸点は、例えば、200℃以下が好ましく、さらに好ましくは150℃以下である。第2ドーパントの沸点は、例えば、140℃以上が好ましく、さらに好ましくは300℃以上である。第1ドーパントの沸点と第2ドーパントの沸点との差は、例えば、2℃以上であることが好ましく、15℃以上であることがさらに好ましく、150℃以上がより好ましい。 The boiling point of the first dopant is not particularly limited. The boiling point of the second dopant is not particularly limited. The boiling point of the first dopant is, for example, preferably 200° C. or lower, more preferably 150° C. or lower. The boiling point of the second dopant is, for example, preferably 140° C. or higher, more preferably 300° C. or higher. The difference between the boiling point of the first dopant and the boiling point of the second dopant is, for example, preferably 2° C. or higher, more preferably 15° C. or higher, and more preferably 150° C. or higher.
第2の導電性高分子層における高分子の重量は、前記第1の導電性高分子層における高分子の重量より大きい。例えば、第2の導電性高分子層を形成するためにコンデンサ素子を浸漬する第2液の第2モノマー濃度を、第1の導電性高分子層を形成するためにコンデンサ素子を浸漬する第1液の第1モノマー濃度より高くすることで、前記第2の導電性高分子層における高分子の重量を、前記第1の導電性高分子層における高分子の重量より多くすることができる。また、第1モノマー濃度と第2モノマー濃度が同濃度以下の場合、第2液に浸漬し引き上げて熱処理を行う回数を複数回繰り返すことでも前記第1の導電性高分子層における高分子の量より多くすることができる。一方で、浸漬~熱処理を繰り返すことは生産性が低下するので、第2モノマー濃度は第1モノマー濃度の2倍以上であることが好ましく、3倍以上であることがさらに好ましい。 The weight of the polymer in the second conductive polymer layer is greater than the weight of the polymer in the first conductive polymer layer. For example, the second monomer concentration of the second liquid in which the capacitor element is immersed to form the second conductive polymer layer is changed to the first monomer concentration in which the capacitor element is immersed to form the first conductive polymer layer. By making the concentration of the liquid higher than the first monomer concentration, the weight of the polymer in the second conductive polymer layer can be made larger than the weight of the polymer in the first conductive polymer layer. When the concentration of the first monomer and the concentration of the second monomer are the same or less, the amount of polymer in the first conductive polymer layer can also be obtained by repeating the number of times of immersion in the second solution, pulling out and heat treatment a plurality of times. can do more. On the other hand, since repeated immersion and heat treatment reduce productivity, the concentration of the second monomer is preferably two times or more, more preferably three times or more, that of the first monomer.
上述した電解コンデンサ1は、例えば以下の方法によって作製される。ここでは、第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層を形成するとき、モノマーを化学酸化重合する方法について説明する。
The
所定の幅に切断された陽極11および陰極12(図2参照)に、外部引き出し電極用のリードタブを接続する。リードタブが接続された陽極11および陰極12を、セパレータ13を介して巻回することにより、コンデンサ素子5となる本体部を作製する(第1の工程)。陽極11は、誘電体酸化皮膜が形成された弁作用金属である。
Lead tabs for external extraction electrodes are connected to the
コンデンサ素子5となる本体部の切り口や本体部の作製時に欠損した誘電体酸化皮膜を修復するため、本体部を化成処理する。化成処理は、化成液中で本体部に電圧を印加することによって行われる。化成処理に使用される化成液として、例えば、アジピン酸およびアジピン酸塩の少なくとも一方を含む水溶液が挙げられる。
In order to repair the cut end of the main body which will be the
続いて、第1の導電性高分子層を形成するため、本体部を、第1モノマーと、第1ドーパントと、鉄を含む酸化剤とを含む第1液に浸した後、熱処理する。第1ドーパントと鉄を含む酸化剤とは、互いに異なるものあってもよく、第1ドーパント兼酸化剤のものであってもよい。第1モノマーが重合することにより、少なくとも誘電体酸化皮膜とセパレータ13との間に、第1の導電性高分子層が形成される(第2の工程)。熱処理後、必要に応じて、本体部を乾燥させてもよい。 Subsequently, in order to form the first conductive polymer layer, the main body is immersed in a first liquid containing a first monomer, a first dopant, and an iron-containing oxidizing agent, and then subjected to heat treatment. The first dopant and the iron-containing oxidant may be different from each other, or may be the first dopant and oxidant. Polymerization of the first monomer forms a first conductive polymer layer at least between the dielectric oxide film and the separator 13 (second step). After the heat treatment, the main body may be dried if necessary.
次に、第2の導電性高分子層を形成するため、第2モノマーと、第2ドーパントと、鉄を含む酸化剤とを含む第2液に、第1の導電性高分子層が形成された本体部を浸した後、熱処理する。第2モノマーは、第1の導電性高分子層を形成するときに使用した第1液に含まれる第1モノマーと同じモノマーである。第2液に含まれる第2モノマーの濃度は、第1液に含まれる第1モノマーの濃度より高い。例えば、第1液に含まれる第1モノマーの濃度を10wt%以上30wt%以下とし、第2液に含まれる第2モノマーの濃度を30wt%以上70wt%以下とする。第2液に含まれる第2モノマー濃度は、第1液に含まれる第1モノマー濃度の2倍以上であることが好ましく、3倍以上であることがさらに好ましい。第2モノマーが重合することにより、第2の導電性高分子層が形成される(第3の工程)。熱処理後、必要に応じて、本体部を乾燥させてもよい。これにより、コンデンサ素子5が得られる。コンデンサ素子5を金属ケースに収容する(第4の工程)ことにより、電解コンデンサ1が得られる。
Next, in order to form a second conductive polymer layer, the first conductive polymer layer is formed in a second liquid containing a second monomer, a second dopant, and an iron-containing oxidizing agent. After immersing the main body, heat treatment is performed. The second monomer is the same monomer as the first monomer contained in the first liquid used to form the first conductive polymer layer. The concentration of the second monomer contained in the second liquid is higher than the concentration of the first monomer contained in the first liquid. For example, the concentration of the first monomer contained in the first liquid is 10 wt % or more and 30 wt % or less, and the concentration of the second monomer contained in the second liquid is 30 wt % or more and 70 wt % or less. The concentration of the second monomer contained in the second liquid is preferably twice or more, more preferably three times or more, that of the first monomer contained in the first liquid. A second conductive polymer layer is formed by polymerizing the second monomer (third step). After the heat treatment, the main body may be dried if necessary.
上記方法により、少なくとも陽極11の誘電体酸化皮膜とセパレータとの間に、第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層が形成される。第1の導電性高分子層を先に形成することにより、誘電体酸化皮膜の大部分に、第1の導電性高分子層が形成される。そのため、先に形成された第1の導電性高分子層と誘電体酸化皮膜との接触面積は、後に形成された第2の導電性高分子層と誘電体酸化皮膜との接触面積より大きい。
By the above method, the first conductive polymer layer and the second conductive polymer layer are formed at least between the dielectric oxide film of the
上述した方法では、第2液に含まれる第2モノマーの濃度が、第1液に含まれる第1モノマーの濃度より高いため、得られた電解コンデンサにおいて、第2の導電性高分子層における高分子の重量は、第1の導電性高分子層における高分子の重量より大きい。 In the method described above, since the concentration of the second monomer contained in the second liquid is higher than the concentration of the first monomer contained in the first liquid, in the obtained electrolytic capacitor, the second conductive polymer layer has a high The weight of the molecule is greater than the weight of the polymer in the first conductive polymer layer.
本発明者らの知見から、本実施形態にかかる電解コンデンサ1によって、以下の効果が得られることがわかった。
誘電体酸化皮膜において、接触面積が大きい第1の導電性高分子層に含まれる第1ドーパントの沸点が、第2の導電性高分子層に含まれる第2ドーパントの沸点より低い。電解コンデンサ1に過電圧などが印加された際、第1の導電性高分子層に含まれる第1ドーパントが、第2ドーパントより早く分解する。これにより、誘電体酸化皮膜との接触面積が大きい第1の導電性高分子層が、第2の導電性高分子層より早く導電性を失い、絶縁化する。これにより、ショートの発生が抑制される。
一方、誘電体酸化皮膜において、接触面積が小さい第2の導電性高分子層は、第1の導電性高分子層より絶縁化しにくい。そのため、第2の導電性高分子層は抵抗となりにくい。これにより、過電圧が印加されても、電解コンデンサ1のESRが上昇しにくいことがわかった。
上記電解コンデンサ1によれば、過電圧などが印加された際、ショートの発生を抑制でき、かつ、ESRの上昇を抑制できる。
From the findings of the inventors, it has been found that the
In the dielectric oxide film, the boiling point of the first dopant contained in the first conductive polymer layer with a large contact area is lower than the boiling point of the second dopant contained in the second conductive polymer layer. When an overvoltage or the like is applied to the
On the other hand, in the dielectric oxide film, the second conductive polymer layer having a small contact area is more difficult to insulate than the first conductive polymer layer. Therefore, the second conductive polymer layer does not easily become a resistor. As a result, it was found that the ESR of the
According to the
また、絶縁化しにくい第2の導電性高分子層における高分子の重量は、第1の導電性高分子層における高分子の重量より大きい。これは、抵抗になりにくい第2の導電性高分子層の高分子が多いことを示す。そのため、過電圧が印加されても、電解コンデンサのESRがより上昇しにくい。 Also, the weight of the polymer in the second conductive polymer layer, which is difficult to insulate, is greater than the weight of the polymer in the first conductive polymer layer. This indicates that there are many polymers in the second conductive polymer layer that are less likely to become resistance. Therefore, even if overvoltage is applied, the ESR of the electrolytic capacitor is less likely to rise.
なお、上記では、電解コンデンサの製造工程において、第2液に含まれる第2モノマーの濃度を、第1液に含まれる第1モノマーの濃度より高くした。これにより、第2の導電性高分子層における高分子の重量が、第1の導電性高分子層における高分子の重量より大きくなる。しかし、第1液に含まれる第1モノマーの濃度と第2液に含まれる第2モノマーの濃度とが同じ、または、第1液に含まれる第1モノマーの濃度が第2液に含まれる第2モノマーの濃度より高い場合であってもよい。この場合、例えば、第1の導電性高分子層が形成されたコンデンサ素子の本体部を、第2モノマーを含む第2液に浸した後、引き上げて熱処理する工程を複数回繰り返し行うことにより、得られた電解コンデンサにおいて、第2の導電性高分子層における高分子の重量が、第1の導電性高分子層における高分子の重量より大きくなる。 In the above, the concentration of the second monomer contained in the second liquid was made higher than the concentration of the first monomer contained in the first liquid in the manufacturing process of the electrolytic capacitor. As a result, the weight of the polymer in the second conductive polymer layer becomes greater than the weight of the polymer in the first conductive polymer layer. However, the concentration of the first monomer contained in the first liquid is the same as the concentration of the second monomer contained in the second liquid, or the concentration of the first monomer contained in the first liquid is the same as the concentration of the second monomer contained in the second liquid. It may be higher than the concentration of two monomers. In this case, for example, the main body portion of the capacitor element on which the first conductive polymer layer is formed is immersed in the second liquid containing the second monomer, and then pulled out and subjected to heat treatment. In the resulting electrolytic capacitor, the weight of the polymer in the second conductive polymer layer is greater than the weight of the polymer in the first conductive polymer layer.
また、電解コンデンサの製造工程において、第2液に鉄イオンが含まれる場合、第2液に含まれる鉄イオンに対する第2ドーパントのモル比が、2.6以上3.0以下であることが好ましい。また、第2の導電性高分子層が、鉄を含む酸化剤を含む場合、第2の導電性高分子層において、酸化剤に含まれる鉄:第2ドーパントのモル比が、1:2.6~3.0であることが好ましい。この場合、電解コンデンサ1の初期のESR(過電圧などを印加する前のESR)が比較的低い傾向がある。 Further, in the manufacturing process of the electrolytic capacitor, when the second liquid contains iron ions, the molar ratio of the second dopant to the iron ions contained in the second liquid is preferably 2.6 or more and 3.0 or less. . When the second conductive polymer layer contains an oxidizing agent containing iron, the molar ratio of iron contained in the oxidizing agent to the second dopant in the second conductive polymer layer is 1:2. It is preferably 6 to 3.0. In this case, the initial ESR of the electrolytic capacitor 1 (ESR before overvoltage or the like is applied) tends to be relatively low.
また、電解コンデンサの製造工程において、前記第1液に鉄イオンが含まれる場合、前記第1液に含まれる鉄イオンに対する第1ドーパントのモル比が、2.6以上3.4以下であることが好ましい。第1の導電性高分子層が、鉄を含む酸化剤を含む場合、第1の導電性高分子層において、酸化剤に含まれる鉄:第1ドーパントのモル比が、1:2.6~3.4であることが好ましい。この場合、静電容量が高く漏れ電流が低い電解コンデンサを提供することができる。 Further, in the manufacturing process of the electrolytic capacitor, when the first liquid contains iron ions, the molar ratio of the first dopant to the iron ions contained in the first liquid is 2.6 or more and 3.4 or less. is preferred. When the first conductive polymer layer contains an iron-containing oxidizing agent, in the first conductive polymer layer, the molar ratio of iron contained in the oxidizing agent to the first dopant is 1:2.6 to 3.4 is preferred. In this case, an electrolytic capacitor with high capacitance and low leakage current can be provided.
以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
以下の方法により電解コンデンサを作製した。 An electrolytic capacitor was produced by the following method.
所定の幅に切断された陽極箔および陰極箔に外部引き出し電極用のアルミリードタブを接続した。陽極アルミ箔は、弁作用金属であるアルミニウム箔の表面にエッチング処理を施すことよって粗面化した後、60Vで化成処理を施すことによって誘電体酸化皮膜が形成されたものである。陰極箔は、カーボンを担持したアルミニウム箔である。陽極アルミ箔および陰極アルミ箔を、セルロースを主体とした電解紙(セパレータ)を介して巻回することにより、コンデンサ素子となる本体部を作製した。 Aluminum lead tabs for external extraction electrodes were connected to the anode foil and the cathode foil cut to a predetermined width. The anode aluminum foil is formed by subjecting the surface of aluminum foil, which is a valve metal, to etching to roughen the surface and then to chemical conversion treatment at 60 V to form a dielectric oxide film. The cathode foil is a carbon-supported aluminum foil. By winding the anode aluminum foil and the cathode aluminum foil through an electrolytic paper (separator) mainly composed of cellulose, a main body portion to be a capacitor element was produced.
陽極箔の切り口およびリードタブの取り付け部に欠損した誘電体酸化皮膜を修復するため、化成処理を行った。化成処理は、化成液にコンデンサ素子となる本体部を浸した状態で、誘電体酸化皮膜の化成電圧値に近似した電圧を印加することにより行った。化成液として、アジピン酸アンモニウム濃度が2wt%のアジピン酸アンモニウム水溶液を使用した。 A chemical conversion treatment was performed to repair the dielectric oxide film that had been damaged at the cut end of the anode foil and the mounting portion of the lead tab. The chemical conversion treatment was performed by applying a voltage close to the chemical conversion voltage value of the dielectric oxide film while the main body, which was to be the capacitor element, was immersed in the chemical conversion solution. An aqueous ammonium adipate solution having a concentration of 2 wt % ammonium adipate was used as an anodizing solution.
次に、下記の条件で(後述の[第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層の作製条件]で)、エチレンジオキシチオフェン(EDOT)と第1ドーパントと第1ドーパントの鉄塩(ドーパント兼酸化剤)30wt%およびエタノールを混合した第1液に、コンデンサ素子となる本体部を30分間浸漬した後、第1液から本体部を引き上げ、40℃で、1時間、熱処理することにより、第1の導電性高分子層を形成した。 Next, under the following conditions (under [Conditions for preparing the first conductive polymer layer and the second conductive polymer layer] described later), ethylenedioxythiophene (EDOT), a first dopant, and a first dopant After immersing the main body, which will be the capacitor element, in the first liquid in which 30% by weight of iron salt (dopant and oxidizing agent) is mixed with ethanol for 30 minutes, the main body is lifted from the first liquid and heated at 40° C. for 1 hour. A first conductive polymer layer was formed by heat treatment.
続いて、下記の条件で、エチレンジオキシチオフェン(EDOT)と第2ドーパントと第2ドーパントの鉄塩(ドーパント兼酸化剤)30wt%およびエタノールを混合した第2液に、コンデンサ素子となる本体部を30分間浸漬した後、第2液から本体部を引き上げ、40℃で、1時間、熱処理し、その後、220℃で、15分間、熱処理した。その後、コンデンサ素子となる本体部を、エチレングリコールに5分間浸漬し、余剰な鉄やドーパントを除去した後、160℃で、30分間、乾燥させた。これにより、第2の導電性高分子層を形成した。 Subsequently, under the following conditions, ethylenedioxythiophene (EDOT), a second dopant, an iron salt of the second dopant (dopant and oxidizing agent) of 30 wt %, and ethanol were added to a second liquid, which was a mixture of the main body portion to be the capacitor element. for 30 minutes, the main body was pulled up from the second liquid, heat-treated at 40° C. for 1 hour, and then heat-treated at 220° C. for 15 minutes. After that, the main body portion to be the capacitor element was immersed in ethylene glycol for 5 minutes to remove excess iron and dopant, and then dried at 160° C. for 30 minutes. Thus, a second conductive polymer layer was formed.
得られたコンデンサ素子のリード線を封口体の孔に挿通し、コンデンサ素子と封口体とをアルミニウム製のケース内に収容した後、ケースの開口の周縁をカーリング加工した。150℃に設定された恒温槽内で、ケースに収容されたコンデンサ素子に定格電圧(25V)を印加し、エージング処理を施すことにより、電解コンデンサを作製した。本実験で作成した電解コンデンサは、定格電圧25WV、定格静電容量150μFおよび製品サイズφ8×10L(mm)の製品である。 The lead wires of the resulting capacitor element were inserted through the holes of the sealing body, and after the capacitor element and the sealing body were housed in an aluminum case, the periphery of the opening of the case was curled. A rated voltage (25 V) was applied to the capacitor element accommodated in the case in a constant temperature bath set at 150° C., and aging treatment was performed to produce an electrolytic capacitor. The electrolytic capacitor produced in this experiment has a rated voltage of 25 WV, a rated capacitance of 150 μF, and a product size of φ8×10 L (mm).
[第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層の作製条件]
<従来条件>
モノマー(EDOT)濃度 30wt% /ドーパント p-トルエンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:2.8)
従来条件では、導電性高分子層を一層だけ作製した。
<実施例1>
第1の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 10wt% /ドーパント p-トルエンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:2.8)
第2の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 30wt% /ドーパント 1-ナフタレンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:2.6)
<実施例2>
第1の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 10wt% /ドーパント エタンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:2.6)
第2の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 30wt% /ドーパント p-トルエンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:2.8)
<実施例3>
第1の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 10wt% /ドーパント エタンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:3.2)
第2の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 30wt% /ドーパント p-トルエンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:2.8)
<実施例4>
第1の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 10wt% /ドーパント ベンゼンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:2.6)
第2の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 30wt% /ドーパント 1-ナフタレンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:3.0)
<比較例1>
第1の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 10wt% /ドーパント ベンゼンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:2.6)
第2の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 30wt% /ドーパント ベンゼンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:2.6)
<比較例2>
第1の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 10wt% /ドーパント 1-ナフタレンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:2.8)
第2の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 30wt% /ドーパント ベンゼンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:2.8)
<比較例3>
第1の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 10wt% /ドーパント 1-ナフタレンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:2.8)
第2の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 30wt% /ドーパント p-トルエンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:2.8)
<実施例5>
第1の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 10wt% /ドーパント p-トルエンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:2.8)
第2の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 30wt% /ドーパント 1-ナフタレンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:3.2)
<実施例6>
第1の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 10wt% /ドーパント ベンゼンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:3.4)
第2の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 30wt% /ドーパント p-トルエンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:3.4)
<比較例4>
第1の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 10wt% /ドーパント ベンゼンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:3.0)
第2の導電性高分子層:モノマー(EDOT)濃度 30wt% /ドーパント ベンゼンスルホン酸(鉄:ドーパントのモル比=1:3.0)
[Preparation conditions for the first conductive polymer layer and the second conductive polymer layer]
<Conventional conditions>
Monomer (EDOT) concentration 30 wt% / dopant p-toluenesulfonic acid (molar ratio of iron: dopant = 1: 2.8)
Under conventional conditions, only one conductive polymer layer was produced.
<Example 1>
First conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 10 wt% / dopant p-toluenesulfonic acid (molar ratio of iron: dopant = 1: 2.8)
Second conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 30 wt% / dopant 1-naphthalenesulfonic acid (molar ratio of iron:dopant = 1:2.6)
<Example 2>
First conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 10 wt%/dopant ethanesulfonic acid (molar ratio of iron: dopant = 1:2.6)
Second conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 30 wt% / dopant p-toluenesulfonic acid (molar ratio of iron: dopant = 1: 2.8)
<Example 3>
First conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 10 wt%/dopant ethanesulfonic acid (molar ratio of iron: dopant = 1:3.2)
Second conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 30 wt% / dopant p-toluenesulfonic acid (molar ratio of iron: dopant = 1: 2.8)
<Example 4>
First conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 10 wt%/dopant benzenesulfonic acid (molar ratio of iron: dopant = 1:2.6)
Second conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 30 wt% / dopant 1-naphthalenesulfonic acid (molar ratio of iron: dopant = 1:3.0)
<Comparative example 1>
First conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 10 wt%/dopant benzenesulfonic acid (molar ratio of iron: dopant = 1:2.6)
Second conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 30 wt%/dopant benzenesulfonic acid (molar ratio of iron: dopant = 1:2.6)
<Comparative example 2>
First conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 10 wt% / dopant 1-naphthalenesulfonic acid (molar ratio of iron:dopant = 1:2.8)
Second conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 30 wt% / dopant benzenesulfonic acid (molar ratio of iron:dopant = 1:2.8)
<Comparative Example 3>
First conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 10 wt% / dopant 1-naphthalenesulfonic acid (molar ratio of iron:dopant = 1:2.8)
Second conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 30 wt% / dopant p-toluenesulfonic acid (molar ratio of iron: dopant = 1: 2.8)
<Example 5>
First conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 10 wt% / dopant p-toluenesulfonic acid (molar ratio of iron: dopant = 1: 2.8)
Second conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 30 wt% / dopant 1-naphthalenesulfonic acid (molar ratio of iron:dopant = 1:3.2)
<Example 6>
First conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 10 wt% / dopant benzenesulfonic acid (molar ratio of iron:dopant = 1:3.4)
Second conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 30 wt% / dopant p-toluenesulfonic acid (molar ratio of iron:dopant = 1:3.4)
<Comparative Example 4>
First conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 10 wt% / dopant benzenesulfonic acid (molar ratio of iron:dopant = 1:3.0)
Second conductive polymer layer: Monomer (EDOT) concentration 30 wt%/dopant benzenesulfonic acid (molar ratio of iron: dopant = 1:3.0)
表1にコンデンサ作製条件を示している。 Table 1 shows capacitor fabrication conditions.
(評価)
初期特性として、20℃の環境下で、コンデンサの静電容量(Cap.)、損失角の正接(tanδ)、等価直列抵抗(ESR)および漏れ電流(μA)を測定した。各コンデンサに100Vを60分間印加した後(過電圧試験後)、コンデンサの静電容量(Cap.)、損失角の正接(tanδ)、等価直列抵抗(ESR)および漏れ電流(μA)を測定した。表2に評価結果を示している。
(evaluation)
As initial characteristics, the capacitance (Cap.), tangent of loss angle (tan δ), equivalent series resistance (ESR) and leakage current (μA) of the capacitor were measured in an environment of 20°C. After applying 100 V to each capacitor for 60 minutes (after the overvoltage test), the capacitor's capacitance (Cap.), loss angle tangent (tan δ), equivalent series resistance (ESR) and leakage current (μA) were measured. Table 2 shows the evaluation results.
導電性高分子層を1層だけ形成した従来条件では、過電圧試験中、ショートが発生した。
比較例1および比較例4でも、過電圧試験中、ショートが発生した。比較例1および比較例4は、コンデンサ素子に第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層が形成されているが、第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層が同じ条件で形成されている(表1参照)。
Under conventional conditions in which only one conductive polymer layer was formed, a short circuit occurred during the overvoltage test.
Also in Comparative Examples 1 and 4, a short circuit occurred during the overvoltage test. In Comparative Examples 1 and 4, the first conductive polymer layer and the second conductive polymer layer were formed in the capacitor element, but the first conductive polymer layer and the second conductive polymer layer were not formed. A polymer layer was formed under the same conditions (see Table 1).
表2に示すように、比較例2および比較例3では、ショートが発生しなかったが、過電圧試験後、ESRが大幅に上昇した。比較例2および比較例3では、第2の導電性高分子層に含まれる第2ドーパントの沸点が、第1の導電性高分子層に含まれる第1ドーパントの沸点より低い(表1参照)。第1の導電性高分子層の高分子に比べ相対的に重量が大きい高分子を有する第2の導電性高分子層が第1の導電性高分子層より早く導電性を失い、絶縁化したことにより、ESRが大幅に上昇したと考えられる。 As shown in Table 2, no short circuit occurred in Comparative Examples 2 and 3, but the ESR significantly increased after the overvoltage test. In Comparative Examples 2 and 3, the boiling point of the second dopant contained in the second conductive polymer layer was lower than the boiling point of the first dopant contained in the first conductive polymer layer (see Table 1). . The second conductive polymer layer, which has a polymer with a relatively large weight compared to the polymer of the first conductive polymer layer, lost its conductivity earlier than the first conductive polymer layer and became insulated. It is considered that the ESR increased significantly due to this.
上記実験より、以下のことがわかった。
陽極の誘電体酸化皮膜に対する接触面積が大きい第1の導電性高分子層に含まれる第1ドーパントの沸点が、第2の導電性高分子層に含まれる第2ドーパントの沸点より低く、かつ、陽極の誘電体酸化皮膜に対する接触面積が小さい第2の導電性高分子層における高分子の重量が、第1の導電性高分子層における高分子の重量より大きい場合、電解コンデンサに過電圧が印加された際、ショートの発生を抑制でき、かつ、電解コンデンサのESRの上昇が抑制されることがわかった。
The above experiments have revealed the following.
The boiling point of the first dopant contained in the first conductive polymer layer, which has a large contact area with the dielectric oxide film of the anode, is lower than the boiling point of the second dopant contained in the second conductive polymer layer, and When the weight of the polymer in the second conductive polymer layer, which has a small contact area with the dielectric oxide film of the anode, is greater than the weight of the polymer in the first conductive polymer layer, an overvoltage is applied to the electrolytic capacitor. It has been found that the occurrence of a short circuit can be suppressed and an increase in the ESR of the electrolytic capacitor can be suppressed in this case.
また、実施例1~4では、表2に示すように、初期のESRが低い。このことから、第2の導電性高分子層において、酸化剤に含まれる鉄:第2ドーパントのモル比が、1:2.6~3.0である場合(表1参照)、初期のESRが低いことがわかった。 Further, in Examples 1 to 4, as shown in Table 2, the initial ESR is low. From this, in the second conductive polymer layer, when the molar ratio of iron contained in the oxidizing agent to the second dopant is 1:2.6 to 3.0 (see Table 1), the initial ESR was found to be low.
上記実験では、第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層を形成するため、モノマーとしてエチレンジオキシチオフェン(EDOT)を重合することにより、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)の高分子を得た。しかし、第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層を形成するためのモノマーおよび高分子は、上記実験で使用したエチレンジオキシチオフェン(EDOT)およびポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)に限定されない。上記以外のモノマーおよび高分子でもよい。他のモノマーおよび高分子によっても、上記と同様な効果が得られる。 In the above experiment, in order to form the first conductive polymer layer and the second conductive polymer layer, ethylenedioxythiophene (EDOT) was polymerized as a monomer to form a high-density polyethylenedioxythiophene (PEDOT). I got the molecule. However, the monomers and polymers for forming the first conductive polymer layer and the second conductive polymer layer were ethylenedioxythiophene (EDOT) and polyethylenedioxythiophene (PEDOT) used in the above experiments. is not limited to Monomers and polymers other than the above may also be used. Other monomers and polymers can also provide similar effects.
第1の導電性高分子層に含まれる第1ドーパントおよび酸化剤、上記実験で使用した第1ドーパントおよび酸化剤に限定されない。第2の導電性高分子層に含まれる第2ドーパントおよび酸化剤、上記実験で使用した第2ドーパントおよび酸化剤に限定されない。他のドーパントおよび酸化剤を使用した場合も、上記と同様な効果が得られる。 It is not limited to the first dopant and oxidant contained in the first conductive polymer layer and the first dopant and oxidant used in the above experiments. It is not limited to the second dopant and oxidizing agent contained in the second conductive polymer layer, and the second dopant and oxidizing agent used in the above experiments. Similar effects are obtained with other dopants and oxidizing agents.
以上、本発明の実施形態について実施例に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above based on the examples, it should be considered that the specific configuration is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.
例えば、上記では、第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層が、誘電体酸化皮膜とセパレータとの間に形成されている場合について説明した。しかし、第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層は、誘電体酸化皮膜とセパレータとの間以外にも形成されていてもよい。例えば、誘電体酸化皮膜および/またはセパレータにも形成されていてもよい。 For example, in the above description, the case where the first conductive polymer layer and the second conductive polymer layer are formed between the dielectric oxide film and the separator has been described. However, the first conductive polymer layer and the second conductive polymer layer may be formed other than between the dielectric oxide film and the separator. For example, it may also be formed on a dielectric oxide film and/or a separator.
また、上記では、第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層が、誘電体酸化皮膜とセパレータとの間に形成されている場合について説明した。しかし、誘電体酸化皮膜とセパレータとの間には、第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層に加え、別の導電性高分子層が形成されていてもよい。 In the above description, the case where the first conductive polymer layer and the second conductive polymer layer are formed between the dielectric oxide film and the separator has been described. However, another conductive polymer layer may be formed between the dielectric oxide film and the separator in addition to the first conductive polymer layer and the second conductive polymer layer.
また、上記実験では、定格電圧25WV、定格容量150μFおよび製品サイズφ8×10L(mm)の電解コンデンサを作製したが、本発明の電解コンデンサの定格電圧、定格容量および製品サイズは上記に限られない。 In the above experiment, an electrolytic capacitor having a rated voltage of 25 WV, a rated capacity of 150 μF, and a product size of φ8×10 L (mm) was produced, but the rated voltage, rated capacity and product size of the electrolytic capacitor of the present invention are not limited to the above. .
1 電解コンデンサ
2 外装ケース
3 封口体
4 外装体
5 コンデンサ素子
11 陽極
12 陰極
21,22 リード端子
REFERENCE SIGNS
Claims (6)
前記コンデンサ素子は、前記誘電体酸化皮膜と前記セパレータとの間に形成された、第1の導電性高分子層および第2の導電性高分子層を有し、
前記誘電体酸化皮膜において、前記第1の導電性高分子層との接触面積は、前記第2の導電性高分子層との接触面積より大きく、
前記第1の導電性高分子層は、高分子と、第1ドーパントとを含み、
前記第2の導電性高分子層は、前記第1の導電性高分子層に含まれる前記高分子と同じ高分子と、第2ドーパントとを含み、
第1ドーパントの沸点は、前記第2ドーパントの沸点より低いことを特徴とする電解コンデンサ。 An electrolytic capacitor comprising: a capacitor element having an anode having a dielectric oxide film, a cathode, and a separator disposed between the anode and the cathode; and an exterior housing housing the capacitor element,
The capacitor element has a first conductive polymer layer and a second conductive polymer layer formed between the dielectric oxide film and the separator,
In the dielectric oxide film, the contact area with the first conductive polymer layer is larger than the contact area with the second conductive polymer layer,
The first conductive polymer layer includes a polymer and a first dopant,
The second conductive polymer layer contains the same polymer as the polymer contained in the first conductive polymer layer and a second dopant,
An electrolytic capacitor, wherein the boiling point of the first dopant is lower than the boiling point of the second dopant.
前記コンデンサ素子の少なくとも前記誘電体酸化皮膜と前記セパレータとの間に第1の導電性高分子層を形成する第2の工程と、
前記第1の導電性高分子層を形成したコンデンサ素子に第2の導電性高分子層を形成する第3の工程と、
前記第2の導電性高分子層を形成したコンデンサ素子を外装体に収容する第4の工程とを備え、
前記第2の工程が、少なくとも第1モノマーと第1ドーパントを含む第1液に前記コンデンサ素子を浸漬して引き上げた後、熱処理によって第1の導電性高分子層を形成するものであり、
前記第3の工程が、少なくとも前記第1モノマーと同じ第2モノマーと第2ドーパントを含む第2液に前記第1の導電性高分子層を形成したコンデンサ素子を浸漬して引き上げた後、熱処理によって第2の導電性高分子層を形成するものであり、
前記第1ドーパントの沸点は、前記第2ドーパントの沸点より低いことを特徴とする電解コンデンサの製造方法。 a first step of winding an anode and a cathode having a dielectric oxide film with a separator interposed therebetween to form a capacitor element;
a second step of forming a first conductive polymer layer between at least the dielectric oxide film and the separator of the capacitor element;
a third step of forming a second conductive polymer layer on the capacitor element on which the first conductive polymer layer is formed;
and a fourth step of housing the capacitor element having the second conductive polymer layer formed thereon in an exterior body,
In the second step, after the capacitor element is immersed in a first liquid containing at least a first monomer and a first dopant and pulled out, a first conductive polymer layer is formed by heat treatment,
In the third step, the capacitor element having the first conductive polymer layer formed thereon is immersed in a second liquid containing at least the same second monomer as the first monomer and a second dopant, pulled out, and then heat-treated. to form the second conductive polymer layer,
A method of manufacturing an electrolytic capacitor, wherein the boiling point of the first dopant is lower than the boiling point of the second dopant.
前記第2液に含まれる鉄イオンに対する第2ドーパントのモル比が、2.6以上3.0以下であることを特徴とする請求項3に記載の電解コンデンサの製造方法。 The second liquid further contains iron ions,
4. The method of manufacturing an electrolytic capacitor according to claim 3, wherein the molar ratio of the second dopant to the iron ions contained in the second liquid is 2.6 or more and 3.0 or less.
前記第1液に含まれる鉄イオンに対する第1ドーパントのモル比が、2.6以上3.4以下であることを特徴とする請求項3に記載の電解コンデンサの製造方法。 The first liquid further contains iron ions,
4. The method of manufacturing an electrolytic capacitor according to claim 3, wherein the molar ratio of the first dopant to the iron ions contained in the first liquid is 2.6 or more and 3.4 or less.
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