JP2023097332A - Electrolyte for electrolytic capacitor and electrolytic capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解コンデンサ用電解液とこの電解液を含む電解コンデンサに関する。 The present invention relates to an electrolytic solution for electrolytic capacitors and an electrolytic capacitor containing the electrolytic solution.
電解コンデンサは、タンタルあるいはアルミニウム等のような弁作用金属を陽極箔及び陰極箔として備えている。陽極箔は、弁作用金属を焼結体あるいはエッチング箔等の形状にすることで拡面化され、拡面化された表面に誘電体酸化皮膜層を有する。陽極箔と陰極箔の間には電解液が介在する。電解液は、陽極箔の凹凸面に密接し、真の陰極として機能する。 Electrolytic capacitors have valve metals such as tantalum or aluminum as anode and cathode foils. The anode foil is expanded by forming a valve metal into a sintered body or an etched foil, and has a dielectric oxide film layer on the expanded surface. An electrolytic solution is interposed between the anode foil and the cathode foil. The electrolyte is in close contact with the uneven surface of the anode foil and functions as a true cathode.
電解コンデンサの陰極箔は、水和反応により溶解反応を起こし、この溶解反応によって水素ガスが発生する。即ち、電解コンデンサの陰極箔では、以下の化学反応式(1)によって水素ガスが発生する。水分については、電解コンデンサの製造工程で混入等することが推測されている。
The cathode foil of an electrolytic capacitor undergoes a dissolution reaction due to hydration, and this dissolution reaction generates hydrogen gas. That is, at the cathode foil of the electrolytic capacitor, hydrogen gas is generated according to the following chemical reaction formula (1). As for water, it is presumed that it is mixed in during the manufacturing process of the electrolytic capacitor.
水素ガスは電解コンデンサの内圧を上昇させ、コンデンサ素子を収容するケースの膨れや、コンデンサ素子を封止する封口体の膨れや電解コンデンサに設けた圧力開放弁の開弁を引き起こす虞がある。 Hydrogen gas increases the internal pressure of the electrolytic capacitor, which may cause swelling of the case that houses the capacitor element, swelling of the sealing body that seals the capacitor element, and opening of the pressure release valve provided in the electrolytic capacitor.
そこで、従来から、陰極箔にリン酸水溶液で、浸漬処理又は化成処理を行い、陰極箔を酸化皮膜で被覆し、陰極箔を構成する弁作用金属を電解液から保護することが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
Therefore, it is conventionally known to subject the cathode foil to immersion treatment or chemical conversion treatment in an aqueous solution of phosphoric acid to coat the cathode foil with an oxide film, thereby protecting the valve action metal constituting the cathode foil from the electrolytic solution. (See
しかしながら、例えば定格550V以上の高圧用途の電解コンデンサでは、高温環境下に長時間晒されると、陰極箔に酸化皮膜が形成された場合であっても、この酸化皮膜の水和劣化により陰極箔の地金である弁作用金属が露出してしまうことが本発明者らの実験によりわかった。陰極箔の酸化皮膜は薄いため、特に陰極箔の地金は露出し易い。即ち、高圧用途の電解コンデンサでは、高温環境下に長時間晒されると、陰極箔で以下の化学反応式(2)が生じる。
However, for example, in electrolytic capacitors for high-voltage applications with a rating of 550 V or more, even if an oxide film is formed on the cathode foil, if it is exposed to a high-temperature environment for a long time, the oxide film will deteriorate due to hydration. Experiments by the present inventors have revealed that the base metal, the valve action metal, is exposed. Since the oxide film of the cathode foil is thin, the base metal of the cathode foil is particularly likely to be exposed. That is, in an electrolytic capacitor for high voltage use, when exposed to a high temperature environment for a long time, the following chemical reaction formula (2) occurs in the cathode foil.
そうすると、陰極箔を酸化皮膜で保護しても、酸化皮膜の劣化によって陰極箔を構成する弁作用金属の溶解反応が起こり、水素ガスが発生し、電解コンデンサの寿命を縮めてしまう。 Then, even if the cathode foil is protected with an oxide film, deterioration of the oxide film causes a dissolution reaction of the valve action metal forming the cathode foil, generating hydrogen gas and shortening the life of the electrolytic capacitor.
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、高圧用途において水素ガスの発生を抑制し長寿命化した電解コンデンサ用電解液及び電解コンデンサを提供することである。 The present invention has been proposed to solve the above problems, and its object is to provide an electrolytic solution for an electrolytic capacitor and an electrolytic capacitor that suppresses the generation of hydrogen gas in high-pressure applications and has a long life. .
上記の課題を達成するため、本発明に係る電解コンデンサ用電解コンデンサは、電解コンデンサに用いられる電解コンデンサ用電解液であって、グリコール系溶媒と、前記電解コンデンサ用電解液全量に対して5wt%以上含まれる耐圧向上剤と、ホウ酸を含むアニオン成分と、を含み、前記ホウ酸は、前記電解コンデンサ用電解液全量に対して8.5wt%以下含まれ、前記電解コンデンサ用電解液中の全アニオン成分に対して占める割合が重量比で0.4以上である。 In order to achieve the above objects, an electrolytic capacitor for electrolytic capacitors according to the present invention is an electrolytic solution for electrolytic capacitors used in electrolytic capacitors, comprising a glycol-based solvent and 5 wt % of the total amount of the electrolytic solution for electrolytic capacitors. The breakdown voltage improving agent contained above and an anion component containing boric acid are contained, and the boric acid is contained in an amount of 8.5 wt% or less with respect to the total amount of the electrolytic solution for electrolytic capacitors, and the electrolytic solution for electrolytic capacitors contains The weight ratio of the anion component to all the anion components is 0.4 or more.
マンニットを更に含み、前記ホウ酸(A)に対する前記マンニット(B)の含有割合B/Aが重量比で0.4以上であるようにしてもよい。 Mannitol may be further included, and the content ratio B/A of the mannitol (B) to the boric acid (A) may be 0.4 or more in terms of weight ratio.
前記ホウ酸は、前記電解コンデンサ用電解液全量に対して5.5wt%以上であるようにしてもよい。 The amount of boric acid may be 5.5 wt % or more with respect to the total amount of the electrolytic solution for electrolytic capacitors.
また、この電解コンデンサ用電解液と、前記電解コンデンサ用電解液が含浸するコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子に含まれ、弁作用金属を含み、表面に誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔と、前記コンデンサ素子に含まれ、弁作用金属を含む陰極箔と、を備える電解コンデンサも本発明の一態様である。 The electrolytic solution for an electrolytic capacitor, a capacitor element impregnated with the electrolytic solution for an electrolytic capacitor, an anode foil contained in the capacitor element, containing a valve metal, and having a dielectric oxide film formed on its surface; An electrolytic capacitor including a cathode foil that is included in the capacitor element and contains a valve metal is also an aspect of the present invention.
本発明によれば、水素ガスの発生が抑制され、電解コンデンサが長寿命化する。 According to the present invention, generation of hydrogen gas is suppressed, and the life of the electrolytic capacitor is extended.
本発明の実施形態に係る電解コンデンサ用電解液及び電解コンデンサについて説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものでない。 An electrolytic solution for an electrolytic capacitor and an electrolytic capacitor according to embodiments of the present invention will be described. In addition, this invention is not limited to embodiment described below.
(電解コンデンサ)
電解コンデンサは、静電容量に応じた電荷の蓄電及び放電を行う受動素子である。この電解コンデンサは、巻回型又は積層型のコンデンサ素子を有する。コンデンサ素子は、陽極箔、陰極箔、セパレータ及び電解コンデンサ用電解液(以下、電解液という)を備える。陽極箔の表面には誘電体酸化皮膜が表面に形成されている。陰極箔の表面にも酸化皮膜が形成されている。セパレータは、陽極箔と陰極箔との間に介在している。電解液は、コンデンサ素子に含浸され、陽極箔が備える誘電体酸化皮膜の凹凸面に密接し、真の陰極として機能している。
(Electrolytic capacitor)
An electrolytic capacitor is a passive device that stores and discharges electric charge according to its capacitance. This electrolytic capacitor has a wound or laminated capacitor element. A capacitor element includes an anode foil, a cathode foil, a separator, and an electrolyte for an electrolytic capacitor (hereinafter referred to as electrolyte). A dielectric oxide film is formed on the surface of the anode foil. An oxide film is also formed on the surface of the cathode foil. A separator is interposed between the anode foil and the cathode foil. The electrolytic solution is impregnated in the capacitor element, closely adheres to the uneven surface of the dielectric oxide film of the anode foil, and functions as a true cathode.
コンデンサ素子は、ケースに収容され、封口体で密封されている。ケースは、コンデンサ素子を収容する有底筒状であり、例えばアルミニウム製である。ケースの底部には、ケース内部の圧力が所定超になると開弁する圧力弁が形成されている。封口体は、ゴム板等の弾性絶縁体、又は合成樹脂板等の硬質基板絶縁板と弾性絶縁体の積層体であり、ケースの開口に加締め加工により取り付けられ、ケースの開口を封止する。陽極箔と陰極箔には引出端子が接続され、その引出端子は外部端子に電気的に接続される。外部端子が封口体の貫通孔を通って外部に導出されている。 The capacitor element is housed in a case and sealed with a sealing member. The case has a cylindrical shape with a bottom that accommodates the capacitor element, and is made of aluminum, for example. A pressure valve that opens when the pressure inside the case exceeds a predetermined value is formed at the bottom of the case. The sealing member is an elastic insulator such as a rubber plate, or a laminate of a rigid substrate insulating plate such as a synthetic resin plate and an elastic insulator, and is attached to the opening of the case by crimping to seal the opening of the case. . Lead terminals are connected to the anode foil and the cathode foil, and the lead terminals are electrically connected to external terminals. An external terminal is led out to the outside through a through hole of the sealing member.
(電極箔)
陽極箔及び陰極箔は弁作用金属を材料とする長尺の箔体である。弁作用金属は、アルミニウム、タンタル、ニオブ、酸化ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス及びアンチモン等である。純度は、陽極箔に関して99.9%以上が望ましく、陰極箔に関して99%程度以上が望ましいが、ケイ素、鉄、銅、マグネシウム、亜鉛等の不純物が含まれていても良い。
(electrode foil)
The anode foil and the cathode foil are long foil bodies made of a valve metal. Valve metals include aluminum, tantalum, niobium, niobium oxide, titanium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth and antimony. The purity of the anode foil is desirably 99.9% or higher, and the purity of the cathode foil is desirably about 99% or higher. Impurities such as silicon, iron, copper, magnesium and zinc may be contained.
陽極箔は、弁作用金属の粉体を焼結した焼結体、又は延伸された箔にエッチング処理を施したエッチング箔として、表面が拡面化される。拡面構造は、トンネル状のピット、海綿状のピット、又は密集した粉体間の空隙により成る。トンネル状のピットは、陽極箔の深部を残して掘り込まれていても、陽極箔を貫通するように形成されていてもよい。 The anode foil is a sintered body obtained by sintering powder of a valve metal, or an etched foil obtained by subjecting a stretched foil to an etching treatment, and the surface of the anode foil is enlarged. The spreading structure consists of tunnel-like pits, spongy pits, or voids between dense particles. The tunnel-shaped pits may be dug leaving the deep part of the anode foil, or may be formed so as to penetrate the anode foil.
この拡面構造は、典型的には、塩酸等のハロゲンイオンが存在する酸性水溶液中で直流又は交流を印加する直流エッチング又は交流エッチングにより形成され、箔を酸溶液やアルカリ溶液に浸漬させ、若しくは芯部に金属粒子等を蒸着又は焼結することにより形成される。 This expanded surface structure is typically formed by DC etching or AC etching in which a direct current or alternating current is applied in an acidic aqueous solution in which halogen ions such as hydrochloric acid are present. It is formed by depositing or sintering metal particles or the like on the core.
誘電体酸化皮膜は、典型的には、陽極箔の表層に形成される酸化皮膜であり、陽極箔がアルミニウム製であれば拡面構造領域を酸化させた酸化アルミニウムである。この誘電体酸化皮膜は、アジピン酸、ホウ酸又はリン酸等のハロゲンイオン不在の溶液中で電圧印加する化成処理により形成される。 The dielectric oxide film is typically an oxide film formed on the surface layer of the anode foil, and if the anode foil is made of aluminum, it is aluminum oxide obtained by oxidizing the enlarged surface structure region. This dielectric oxide film is formed by a chemical conversion treatment in which a voltage is applied in a halogen ion-absent solution of adipic acid, boric acid, phosphoric acid, or the like.
陰極箔は、拡面構造のないプレーン箔であってもよいし、陽極箔と同じように蒸着、焼結又はエッチングによって拡面構造を有するようにしてもよい。陰極箔の表層にも化成処理により薄い酸化皮膜(1~10V程度)が形成されてよい。陰極箔の酸化皮膜は、化成処理により意図的に形成される他、空気中で自然的に酸化された自然酸化皮膜であってもよい。さらに、酸化皮膜上に、金属窒化物、金属炭化物、金属炭窒化物、炭化物からなる層を形成してもよい。 The cathode foil may be a plain foil without an enlarged surface structure, or may have an enlarged surface structure by vapor deposition, sintering or etching in the same manner as the anode foil. A thin oxide film (about 1 to 10 V) may also be formed on the surface layer of the cathode foil by chemical conversion treatment. The oxide film of the cathode foil may be formed intentionally by chemical conversion treatment, or may be a natural oxide film naturally oxidized in the air. Furthermore, a layer made of metal nitride, metal carbide, metal carbonitride, or carbide may be formed on the oxide film.
引出端子は、ステッチ、超音波溶接等により陽極箔及び陰極箔のそれぞれに接続されている。この引出端子は、アルミニウム等の金属線であり、外部端子と接続することで、陽極箔、陰極箔と外部との電気的な接続を担う。 The lead terminals are connected to the anode foil and the cathode foil by stitching, ultrasonic welding, or the like. The lead terminals are metal wires of aluminum or the like, and are responsible for electrical connection between the anode foil and the cathode foil and the outside by connecting to external terminals.
(電解液)
(グリコール系)
電解液は、溶媒に対して溶質を溶解し、耐圧向上剤又は必要に応じて更に他の添加剤が添加された混合液である。溶媒としては、高圧用途に対応すべく、グリコール系が用いられる。グリコール系は、2つ以上の炭素を有する脂肪族炭化水素、または、環式脂肪族炭化水素が持つ、2つの炭素原子に結合した水素が、1つずつヒドロキシ基に置換した構造を持った化合物であり、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、及びメトキシプロピレングリコール等が含まれる。電解液には1種類のグリコール系の溶媒が含まれていてもよく、または2種以上のグリコール系の溶媒が含まれていてもよい。
(Electrolyte)
(Glycol type)
The electrolytic solution is a mixed solution in which a solute is dissolved in a solvent, and a pressure resistance improver or other additives are added as necessary. As a solvent, a glycol-based solvent is used in order to cope with high-pressure applications. A glycol system is a compound having a structure in which the hydrogens bonded to two carbon atoms of an aliphatic hydrocarbon having two or more carbon atoms or a cycloaliphatic hydrocarbon are substituted one by one with a hydroxy group. and includes ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, methoxypropylene glycol, and the like. The electrolytic solution may contain one type of glycol-based solvent, or may contain two or more types of glycol-based solvents.
更に、溶媒としては、グリコール系単独で用いられてもよく、またグリコール系と他の種類を組み合わせても良い。他の種類の溶媒としては、プロトン性の極性溶媒又は非プロトン性の極性溶媒の何れでもよい。プロトン性の極性溶媒として、一価アルコール類、及び多価アルコール類、オキシアルコール類、水などが代表として挙げられる。非プロトン性の極性溶媒としては、スルホン系、アミド系、ラクトン類、環状アミド系、ニトリル系、スルホキシド系などが代表として挙げられる。 Furthermore, as a solvent, a glycol-based solvent may be used alone, or a glycol-based solvent may be used in combination with another solvent. Other types of solvents may be either protic polar solvents or aprotic polar solvents. Representative examples of protic polar solvents include monohydric alcohols, polyhydric alcohols, oxyalcohols, and water. Typical aprotic polar solvents include sulfones, amides, lactones, cyclic amides, nitriles, sulfoxides and the like.
一価アルコール類としては、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロブタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類およびオキシアルコール化合物類としては、グリセリン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ジメトキシプロパノール等が挙げられる。スルホン系としては、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、スルホラン、3-メチルスルホラン、2,4-ジメチルスルホラン等が挙げられる。アミド系としては、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-エチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-エチルアセトアミド、N,N-ジエチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリックアミド等が挙げられる。ラクトン類、環状アミド系としては、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトン、N-メチル-2-ピロリドン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、イソブチレンカーボネート等が挙げられる。ニトリル系としては、アセトニトリル、3-メトキシプロピオニトリル、グルタロニトリル等が挙げられる。スルホキシド系としてはジメチルスルホキシド等が挙げられる。 Examples of monohydric alcohols include ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, cyclobutanol, cyclopentanol, cyclohexanol, and benzyl alcohol. Polyhydric alcohols and oxyalcohol compounds include glycerin, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, dimethoxypropanol, and the like. Sulfone-based solvents include dimethylsulfone, ethylmethylsulfone, diethylsulfone, sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, and the like. Examples of amides include N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, N-ethylformamide, N,N-diethylformamide, N-methylacetamide, N,N-dimethylacetamide, N-ethylacetamide, N,N- diethylacetamide, hexamethylphosphoricamide and the like. Lactones and cyclic amides include γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, N-methyl-2-pyrrolidone, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and isobutylene carbonate. Nitrile-based solvents include acetonitrile, 3-methoxypropionitrile, glutaronitrile, and the like. The sulfoxide type includes dimethyl sulfoxide and the like.
(ホウ酸)
電解液には、溶質としてホウ酸が含まれる。ホウ酸は、電解液全量中、8.5wt%以下の範囲内で含まれる。ホウ酸がこの範囲で電解液に含まれることで、高圧用途として、電解コンデンサが高温環境下に長時間晒されていても、電解液中の水分による陰極箔の酸化皮膜の溶解、陰極箔の地金である弁作用金属の溶解、又はこれらの両方が抑制される。陰極箔の酸化皮膜の溶解が抑制されると、陰極箔の地金である弁作用金属が電解液に露出し難く、弁作用金属と電解液に含まれる水分とが反応して水素ガスが発生する現象が抑制される。水素ガスの発生が抑制されることで、電解コンデンサの開弁が抑制され、電解コンデンサが長寿命化する。
(Boric acid)
The electrolyte contains boric acid as a solute. Boric acid is contained within the range of 8.5 wt% or less in the total amount of the electrolytic solution. By containing boric acid in the electrolyte in this range, even if the electrolytic capacitor is exposed to a high temperature environment for a long time as a high voltage application, the oxide film of the cathode foil is dissolved by the moisture in the electrolyte, and the cathode foil Dissolution of the underlying valve action metal, or both, is suppressed. When the dissolution of the oxide film of the cathode foil is suppressed, the valve-acting metal, which is the base metal of the cathode foil, is less likely to be exposed to the electrolyte, and the valve-acting metal reacts with the moisture contained in the electrolyte to generate hydrogen gas. phenomenon is suppressed. By suppressing the generation of hydrogen gas, the valve opening of the electrolytic capacitor is suppressed, and the life of the electrolytic capacitor is extended.
好ましくは、ホウ酸は、電解液全量中、8.0wt%以下である。ホウ酸がこの範囲で電解液に含まれることで、電解液中の水分による陰極箔の酸化皮膜の溶解、陰極箔の地金である弁作用金属の溶解、又はこれらの両方が特に抑制される。 Preferably, boric acid is 8.0 wt% or less in the total amount of the electrolytic solution. When boric acid is contained in the electrolytic solution in this range, dissolution of the oxide film of the cathode foil due to moisture in the electrolytic solution, dissolution of the valve action metal, which is the base metal of the cathode foil, or both of these are particularly suppressed. .
もっとも、電解液中にホウ酸の量が少ない場合、高温環境下に長時間晒された電解コンデンサはESR(等価直列抵抗,Equivalent Series Resistance)が著しく悪化してしまう。そのため、ホウ酸を電解液全量中に8.5wt%以下の範囲内で含有させた場合、ホウ酸は、電解液に含まれる全アニオン中、重量比で0.4以上を占めるように含有させる。ホウ酸が全アニオン中に重量比で0.4以上を占めることで、ホウ酸が電解液全量中に8.5wt%以下であっても、高温環境下に長時間晒された電解コンデンサのESRの悪化が抑えられる。更に好ましくは、ホウ酸の割合を電解液全量中、5.5wt%以上にする。ホウ酸が電解液全量中、5.5wt%以上であれば、電解コンデンサのESRを更に低く抑えることできる。 However, when the amount of boric acid in the electrolytic solution is small, the ESR (equivalent series resistance) of the electrolytic capacitor exposed to a high-temperature environment for a long time deteriorates significantly. Therefore, when boric acid is contained within the range of 8.5 wt% or less in the total amount of the electrolytic solution, boric acid is contained so as to account for 0.4 or more in weight ratio among all anions contained in the electrolytic solution. . When boric acid accounts for 0.4 or more by weight in all anions, even if boric acid is 8.5 wt% or less in the total amount of the electrolyte, the ESR of the electrolytic capacitor exposed to a high temperature environment for a long time aggravation of More preferably, the proportion of boric acid is 5.5 wt % or more in the total amount of the electrolytic solution. If boric acid is 5.5 wt % or more in the total amount of the electrolytic solution, the ESR of the electrolytic capacitor can be further reduced.
好ましくは、ホウ酸を電解液全量中に8.5wt%以下の範囲内で含有させた場合、ホウ酸は、電解液に含まれる全アニオン中、重量比で0.5以上を占めるように含有させる。ホウ酸が全アニオン中に重量比で0.5以上を占めることで、ホウ酸が電解液全量中に8.5wt%以下であっても、高温環境下に長時間晒された電解コンデンサのESRの悪化が大きく抑えられる。 Preferably, when boric acid is contained within the range of 8.5 wt% or less in the total amount of the electrolytic solution, boric acid is contained so as to account for 0.5 or more in weight ratio among all anions contained in the electrolytic solution. Let When boric acid accounts for 0.5 or more by weight in all anions, even if boric acid is 8.5 wt% or less in the total amount of the electrolyte, the ESR of the electrolytic capacitor exposed to a high temperature environment for a long time aggravation is greatly suppressed.
電解液に含めることのできるホウ酸以外のアニオンとしては、有機酸、無機酸又は有機酸と無機酸の複合化合物が挙げられる。有機酸としては、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、マレイン酸、アジピン酸、安息香酸、トルイル酸、エナント酸、マロン酸、1,6-デカンジカルボン酸、1,7-オクタンジカルボン酸、アゼライン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、t-ブチルアジピン酸、11-ビニル-8-オクタデセン二酸等のカルボン酸、フェノール類、スルホン酸が挙げられる。また、無機酸としては、亜リン酸、次亜リン酸、炭酸、ケイ酸等が挙げられる。有機酸と無機酸の複合化合物としては、ボロジサリチル酸、ボロジ蓚酸、ボロジグリコール酸等が挙げられる。 Examples of anions other than boric acid that can be contained in the electrolytic solution include organic acids, inorganic acids, and composite compounds of organic acids and inorganic acids. Organic acids include oxalic acid, succinic acid, glutaric acid, pimelic acid, suberic acid, sebacic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, maleic acid, adipic acid, benzoic acid, toluic acid, enanthic acid, malonic acid, Carboxylic acids such as 1,6-decanedicarboxylic acid, 1,7-octanedicarboxylic acid, azelaic acid, undecanedioic acid, dodecanedioic acid, tridecanedioic acid, t-butyladipic acid, 11-vinyl-8-octadecenedioic acid , phenols, and sulfonic acids. Examples of inorganic acids include phosphorous acid, hypophosphorous acid, carbonic acid, and silicic acid. Compound compounds of organic acids and inorganic acids include borodisalicylic acid, borodisalicylic acid, borodiglycolic acid, and the like.
電解液には、ホウ酸と共にマンニットが含まれることが好ましい。ホウ酸とマンニットとは錯化合物を形成していてもよい。ホウ酸とマンニットは、電解液中のホウ酸の重量A及びマンニットの重量Bとして、ホウ酸に対するマンニットの含有割合B/Aが重量比で0.4以上であることが好ましい。ホウ酸とマンニットが共に含まれ、この重量比であると、高圧用途として、電解コンデンサが高温環境下に長時間晒されていても、陰極箔に形成されている酸化皮膜が電解液に溶解することが抑制される。 The electrolytic solution preferably contains mannite together with boric acid. Boric acid and mannite may form a complex compound. With respect to boric acid and mannitol, the weight ratio B/A of mannitol to boric acid is preferably 0.4 or more, where the weight A of boric acid and the weight B of mannitol in the electrolytic solution are used. Both boric acid and mannite are included, and at this weight ratio, even if the electrolytic capacitor is exposed to a high temperature environment for a long time as a high voltage application, the oxide film formed on the cathode foil will dissolve in the electrolyte. are restrained from doing so.
好ましくは、ホウ酸に対するマンニットの含有割合B/Aが重量比で0.9以上であることが好ましい。ホウ酸とマンニットが共に含まれ、この重量比であると、電解液中の水分による陰極箔の酸化皮膜の溶解、陰極箔の地金である弁作用金属の溶解、又はこれらの両方が特に抑制される。 Preferably, the content ratio B/A of mannitol to boric acid is 0.9 or more in weight ratio. When both boric acid and mannite are contained, and at this weight ratio, dissolution of the oxide film of the cathode foil, dissolution of the valve action metal, which is the base metal of the cathode foil, or both of these due to the moisture in the electrolytic solution Suppressed.
電解液には、溶質としてアニオンの他にもカチオンが含まれる。カチオンとしては、アンモニウム、四級アンモニウム、四級化アミジニウム、アミン、ナトリウム、カリウム等が挙げられる。四級アンモニウムとしてはテトラメチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム等が挙げられる。四級化アミジニウムとしては、エチルジメチルイミダゾリニウム、テトラメチルイミダゾリニウムなどが挙げられる。アミン塩のアミンとしては、一級アミン、二級アミン、三級アミンが挙げられる。一級アミンとしては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミンなど、二級アミンとしては、ジメチルアミン、ジエチルアミン、エチルメチルアミン、ジブチルアミンなど、三級アミンとしては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、エチルジメチルアミン、エチルジイソプロピルアミン等が挙げられる。 The electrolytic solution contains cations as well as anions as solutes. Cations include ammonium, quaternary ammonium, quaternary amidinium, amine, sodium, potassium and the like. Quaternary ammonium includes tetramethylammonium, triethylmethylammonium, tetraethylammonium and the like. Examples of quaternary amidiniums include ethyldimethylimidazolinium and tetramethylimidazolinium. Amines of the amine salt include primary amines, secondary amines, and tertiary amines. Examples of primary amines include methylamine, ethylamine and propylamine; examples of secondary amines include dimethylamine, diethylamine, ethylmethylamine and dibutylamine; examples of tertiary amines include trimethylamine, triethylamine, tributylamine and ethyldimethylamine; and ethyldiisopropylamine.
尚、アニオン及びカチオンは、イオン解離性のある塩の状態で電解液に添加されてもよいし、アニオンとなる酸及びカチオンとなる塩基を溶質成分として別々に電解液に添加してもよい。アニオン及びカチオンは、それぞれ単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 The anions and cations may be added to the electrolytic solution in the form of salts having ion dissociation properties, or the acid serving as the anion and the base serving as the cation may be separately added to the electrolytic solution as solute components. Anions and cations can be used either singly or in combination of two or more.
(耐圧向上剤)
耐圧向上剤として、電解液には、ポリエチレングリコール、ポリグリセリン、ポリオキシエチレングリセリン、ポリプロピレングリコール等のポリオキシアルキレンポリオール、コロイダルシリカ、シリコーンオイル、ポリビニルアルコール等が含まれる。耐圧向上剤としては、電解液全量に対して5wt%以上含まれる。これら耐圧向上剤としてこの範囲で含有させることにより、電解コンデンサの耐電圧を650V以上にすることができる。
(Pressure resistance improver)
The electrolyte contains polyoxyalkylene polyols such as polyethylene glycol, polyglycerin, polyoxyethylene glycerin, and polypropylene glycol, colloidal silica, silicone oil, polyvinyl alcohol, and the like, as pressure resistance improvers. The breakdown voltage improving agent is contained in an amount of 5 wt % or more with respect to the total amount of the electrolytic solution. By containing these breakdown voltage improvers in this range, the breakdown voltage of the electrolytic capacitor can be increased to 650 V or higher.
(他の添加剤)
電解液には、他の添加剤を添加することもできる。添加剤としては、リン酸、リン酸エステル等のリン酸化合物、ニトロ化合物等が挙げられる。ニトロ化合物としては、o-ニトロ安息香酸、m-ニトロ安息香酸、p-ニトロ安息香酸、o-ニトロフェノール、m-ニトロフェノール、p-ニトロフェノール、p-ニトロベンセン、o-ニトロベンゼン及びm-ニトロベンゼン等が挙げられる。ニトロ化合物は、水素ガスの吸収作用を有する。
(other additives)
Other additives can also be added to the electrolytic solution. Examples of the additive include phosphoric acid, phosphoric acid compounds such as phosphoric acid esters, and nitro compounds. Nitro compounds include o-nitrobenzoic acid, m-nitrobenzoic acid, p-nitrobenzoic acid, o-nitrophenol, m-nitrophenol, p-nitrophenol, p-nitrobenzene, o-nitrobenzene and m-nitrobenzene. etc. Nitro compounds have the ability to absorb hydrogen gas.
(セパレータ)
セパレータは、陽極箔と陰極箔のショートを防止すべく、陽極箔と陰極箔との間に介在し、また電解液を保持する。セパレータは、クラフト、マニラ麻、エスパルト、ヘンプ、レーヨン等のセルロースおよびこれらの混合紙、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、それらの誘導体などのポリエステル系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ビニロン系樹脂、脂肪族ポリアミド、半芳香族ポリアミド、全芳香族ポリアミド等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、トリメチルペンテン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等が挙げられ、これらの樹脂を単独で又は混合して用いることができる。
(separator)
The separator is interposed between the anode foil and the cathode foil to prevent short-circuiting between the anode foil and the cathode foil, and retains the electrolytic solution. Separators are made of cellulose such as kraft, manila hemp, esparto, hemp, rayon, and mixed paper thereof, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyester resins such as their derivatives, polytetrafluoroethylene resin, polyfluoride, etc. Polyamide resins such as vinylidene resins, vinylon resins, aliphatic polyamides, semi-aromatic polyamides, and wholly aromatic polyamides, polyimide resins, polyethylene resins, polypropylene resins, trimethylpentene resins, polyphenylene sulfide resins, acrylic resins, polyvinyl alcohol resins, etc., and these resins can be used singly or in combination.
(実施例)
以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
(Example)
The present invention will be described in more detail below based on examples. In addition, the present invention is not limited to the following examples.
次のようにして実施例1乃至5並びに比較例1及び2の電解コンデンサを作製した。実施例1乃至5並びに比較例1及び2の電解コンデンサは、直径10mm及び高さ25mmの巻回型のコンデンサ素子を備える。陽極箔、陰極箔及びセパレータは、実施例1乃至5並びに比較例1及び2で共通である。 Electrolytic capacitors of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were produced as follows. The electrolytic capacitors of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 have wound capacitor elements with a diameter of 10 mm and a height of 25 mm. Anode foils, cathode foils and separators are common to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2.
陽極箔は帯状のアルミニウム箔である。陽極箔には、直流エッチング処理を施し、トンネル状のエッチングピットにより成る拡面層を箔両面に形成した。拡面層を形成した後、陽極箔に対して、誘電体酸化皮膜を拡面層表面に形成する化成処理を行った。陰極箔は帯状のアルミニウム箔である。陰極箔には、交流エッチング処理を施し、海綿状のエッチングピットにより成る拡面層を箔両面に形成した。 The anode foil is strip-shaped aluminum foil. The anode foil was subjected to a direct-current etching treatment to form surface-enlarging layers composed of tunnel-shaped etching pits on both sides of the foil. After forming the surface-enlarging layer, the anode foil was subjected to chemical conversion treatment for forming a dielectric oxide film on the surface of the surface-enlarging layer. The cathode foil is strip-shaped aluminum foil. The cathode foil was subjected to an alternating current etching treatment to form a surface enlarging layer composed of spongy etching pits on both sides of the foil.
陰極箔に対する交流エッチング処理では、液温25℃及び約8重量%の塩酸を主たる電解質とする酸性水溶液に陰極箔を浸し、交流10Hz及び電流密度0.14A/cm2の電流を基材に約5分間印加し、アルミニウム箔の両面を拡面化した。次いで、陰極箔に化成処理を施し、拡面層の表面に酸化皮膜を形成した。陰極箔に対する化成処理では、リン酸水溶液で交流エッチング処理の際に付着した塩素を除去した後、リン酸二水素アンモニウムの水溶液内で10Vの電圧を印加した。 In the AC etching treatment for the cathode foil, the cathode foil is immersed in an acidic aqueous solution containing hydrochloric acid at a liquid temperature of 25° C. and about 8% by weight of hydrochloric acid as the main electrolyte, and a current of 10 Hz and a current density of 0.14 A/cm 2 is applied to the substrate. It was applied for 5 minutes to expand both sides of the aluminum foil. Then, the cathode foil was subjected to a chemical conversion treatment to form an oxide film on the surface of the surface enlarging layer. In the chemical conversion treatment of the cathode foil, after removing chlorine adhering during the AC etching treatment with an aqueous solution of phosphoric acid, a voltage of 10 V was applied in an aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate.
陽極箔と陰極箔には、それぞれアルミニウム製のタブ形状の引出端子を超音波接続した。この陽極箔と陰極箔との間にセパレータを挟んで巻回し、コンデンサ素子とした。セパレータとしては、クラフト製のセパレータを挟んで巻回し、コンデンサ素子とした。 An aluminum tab-shaped lead terminal was ultrasonically connected to each of the anode foil and the cathode foil. A separator was interposed between the anode foil and the cathode foil and wound to form a capacitor element. As a separator, a Kraft separator was sandwiched and wound to form a capacitor element.
実施例1乃至5並びに比較例1及び2の電解コンデンサは、電解液が異なる。下表1のように調製された電解液をコンデンサ素子に含浸し、底に圧力弁が形成された円筒ケースに収容し、円筒ケースの開口を封口体で封止することで、実施例1乃至5並びに比較例1及び2の電解コンデンサを作製した。作製した電解コンデンサに対し、300Vの電圧を印加し再化成(エージング)を施した。 The electrolytic capacitors of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 have different electrolytes. A capacitor element was impregnated with an electrolytic solution prepared as shown in Table 1 below, housed in a cylindrical case with a pressure valve formed on the bottom, and the opening of the cylindrical case was sealed with a sealing body to obtain the 5 and the electrolytic capacitors of Comparative Examples 1 and 2 were produced. A voltage of 300 V was applied to the produced electrolytic capacitor to perform re-formation (aging).
(表1)
(Table 1)
表1に示すように、実施例1乃至5並びに比較例1及び2の電解液には、電解コンデンサの高圧対応のために、全てエチレングリコールとジエチレングリコールの混合液が溶媒として用いられている。また、実施例1乃至5並びに比較例1及び2の電解液には、アニオンとしてホウ酸及び1,6-デカンジカルボン酸が含まれ、カチオンとしてアンモニアが吹き込まれ、更にマンニット、添加剤としてリン酸及びニトロ化合物、及び耐圧向上剤としてシリコーンオイルが添加されている。 As shown in Table 1, in the electrolytes of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, a mixed solution of ethylene glycol and diethylene glycol is used as a solvent in order to support the high pressure of the electrolytic capacitor. Further, the electrolytic solutions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 contained boric acid and 1,6-decanedicarboxylic acid as anions, ammonia was blown in as cations, mannitol was added, and phosphorus was added as an additive. Acid and nitro compounds are added, and silicone oil is added as a pressure resistance improver.
実施例1乃至5並びに比較例1及び2の電解液の表1のような組成比により、実施例1乃至5並びに比較例1及び2の電解液は、ホウ酸の量、全アニオン中にホウ酸が占める割合、及びホウ酸(A)に対するマンニット(B)が以下表2のように異なっている。尚、全アニオンとは、ホウ酸と1,6-デカンジカルボン酸の合計量である。 According to the composition ratio shown in Table 1 of the electrolytic solutions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, the electrolytic solutions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 have the amount of boric acid and the amount of boric acid in all anions. The ratio of acid and mannite (B) to boric acid (A) are different as shown in Table 2 below. The total anion is the total amount of boric acid and 1,6-decanedicarboxylic acid.
(表2)
(Table 2)
(陰極箔の劣化)
実施例1乃至5並びに比較例1及び2の電解コンデンサを150℃の高温環境下で1500時間の間、無負荷で放置した。これら電解コンデンサを分解し、陰極箔を水で洗浄し、陰極箔の電位(E vs.Pt)の遷移を測定した。電位は、定常状態から1分経過後測定を開始した。その結果を表3並びに図1に示す。表1は、測定開始から10秒後の陰極箔の電位を示す。図1は、定常状態から測定開始を経て5分間の電位の遷移を示す各実施形態及び比較例のグラフである。
(Deterioration of cathode foil)
The electrolytic capacitors of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were left unloaded in a high temperature environment of 150° C. for 1500 hours. These electrolytic capacitors were disassembled, the cathode foil was washed with water, and the potential (E vs. Pt) transition of the cathode foil was measured. The potential started to be measured after 1 minute from the steady state. The results are shown in Table 3 and FIG. Table 1 shows the potential of the
(表3)
(Table 3)
表3及び図1に示すように、実施例1乃至4及び比較例2は、測定開始から電位が速やかに大きくなり、4分弱で2Vに達していることがわかる。一方、比較例1は、測定開始からの電位が小さく、その後も電位の上昇が緩やかであり、5分を経過しても0V超にしか到達していない。この結果から、実施例1乃至4及び比較例2を除き、比較例1だけが陰極箔の酸化皮膜を修復する化成モードになっていることがわかる。換言すれば、実施例1乃至4及び比較例2は、電解コンデンサを150℃の高温環境下に1500時間放置しても、陰極箔の酸化皮膜の溶解が抑制されていることがわかる。よって、陰極箔の地金である弁作用金属が電解液に露出しにくく、弁作用金属と電解液に含まれる水分との反応が抑制され、水素ガスの発生が抑制される。 As shown in Table 3 and FIG. 1, in Examples 1 to 4 and Comparative Example 2, the potential increased rapidly from the start of measurement and reached 2 V in less than 4 minutes. On the other hand, in Comparative Example 1, the potential was small from the start of the measurement, and the potential increased gradually thereafter, reaching only over 0 V even after 5 minutes. From this result, it can be seen that except for Examples 1 to 4 and Comparative Example 2, only Comparative Example 1 is in the conversion mode for repairing the oxide film of the cathode foil. In other words, in Examples 1 to 4 and Comparative Example 2, dissolution of the oxide film on the cathode foil is suppressed even when the electrolytic capacitor is left in a high temperature environment of 150° C. for 1500 hours. Therefore, the valve-acting metal, which is the base metal of the cathode foil, is less likely to be exposed to the electrolyte, suppressing the reaction between the valve-acting metal and moisture contained in the electrolyte, thereby suppressing the generation of hydrogen gas.
図2は、縦軸を電位とし、横軸をホウ酸濃度とし、ホウ酸濃度と電位との関係を示すグラフである。図2に示すように、ホウ酸濃度が8.5wt%を境にしてホウ酸濃度が大きくなると、測定開始から10秒後の電位が急激に小さくなっており、一方ホウ酸濃度が8.5wt%を境にしてホウ酸濃度が小さくなると、測定開始から10秒後の電位が高く保たれていることがわかる。即ち、ホウ酸の濃度が8.5wt%以下であれば、陰極箔の酸化皮膜の劣化が抑制されることが確認できる。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the boric acid concentration and the potential, with the vertical axis representing the potential and the horizontal axis representing the boric acid concentration. As shown in FIG. 2, when the boric acid concentration increases beyond the boric acid concentration of 8.5 wt. %, the potential is kept high 10 seconds after the start of measurement when the boric acid concentration decreases. That is, it can be confirmed that deterioration of the oxide film of the cathode foil is suppressed when the concentration of boric acid is 8.5 wt % or less.
図1及び図2に示すように、ホウ酸濃度が8.0wt%以下であると、測定開始から電位が特に速やかに立ち上がっていることがわかる。即ち、ホウ酸の濃度が8.0wt%以下であれば、陰極箔の酸化皮膜の劣化が特に抑制されることが確認できる。 As shown in FIGS. 1 and 2, when the boric acid concentration is 8.0 wt % or less, the potential rises particularly rapidly from the start of measurement. That is, it can be confirmed that deterioration of the oxide film of the cathode foil is particularly suppressed when the concentration of boric acid is 8.0 wt % or less.
また、図3は、縦軸を電位とし、横軸をホウ酸に対するマンニットの比率とし、ホウ酸に対するマンニットの比率と電位との関係を示すグラフである。図3に示すように、ホウ酸に対するマンニットの比率が0.4以上になると、測定開始から10秒後の陰極箔の電位は高くなり、陰極箔の酸化皮膜の劣化が抑制されていることが確認できる。ホウ酸に対するマンニットの比率が0.9以上になると、測定開始から10秒後の陰極箔の電位は特に高くなり、陰極箔の酸化皮膜の劣化が特に抑制されていることが確認できる。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the potential and the ratio of mannitol to boric acid, with the vertical axis representing the potential and the horizontal axis representing the ratio of mannitol to boric acid. As shown in FIG. 3, when the ratio of mannitol to boric acid was 0.4 or more, the potential of the cathode foil increased 10 seconds after the start of measurement, indicating that deterioration of the oxide film of the cathode foil was suppressed. can be confirmed. When the ratio of mannitol to boric acid is 0.9 or more, the potential of the cathode foil becomes particularly high 10 seconds after the start of measurement, and it can be confirmed that deterioration of the oxide film of the cathode foil is particularly suppressed.
ここで、下表4の組成比の電解液を有する実施例6及び比較例3の電解コンデンサを作製した。実施例6及び比較例3の電解コンデンサは、電解液の組成が異なる他は、実施例1乃至5と同一構成、同一製法及び同一条件で作製された。 Here, electrolytic capacitors of Example 6 and Comparative Example 3 having the electrolytic solutions having the composition ratios shown in Table 4 below were produced. The electrolytic capacitors of Example 6 and Comparative Example 3 were manufactured in the same configuration, by the same manufacturing method, and under the same conditions as in Examples 1 to 5, except that the composition of the electrolytic solution was different.
(表4)
(Table 4)
実施例6及び比較例3の電解液の表4のような組成比により、実施例6及び比較例3の電解液は、以下表5のように、全アニオン中にホウ酸が占める割合、及びホウ酸(A)に対するマンニット(B)の割合が同じであり、ホウ酸の量のみが異なっていることがわかる。尚、全アニオンとは、ホウ酸と1,6-デカンジカルボン酸の合計量である。 According to the composition ratios of the electrolyte solutions of Example 6 and Comparative Example 3 as shown in Table 4, the electrolyte solutions of Example 6 and Comparative Example 3 are as shown in Table 5 below. It can be seen that the ratio of mannite (B) to boric acid (A) is the same, and only the amount of boric acid is different. The total anion is the total amount of boric acid and 1,6-decanedicarboxylic acid.
(表5)
(Table 5)
そして、実施例1乃至5並びに比較例1及び2と同様に、実施例6及び比較例3の電解コンデンサを、150℃の高温環境下で1500時間の間、無負荷で放置した。これら電解コンデンサを分解し、陰極箔を水で洗浄し、陰極箔の電位(E vs.Pt)の遷移を測定した。その結果を下表6に示し、また菱形のプロットを用いて図2に加えた。表6は、表1と同様に、測定開始から10秒後の陰極箔の電位を示す。
Then, similarly to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, the electrolytic capacitors of Example 6 and Comparative Example 3 were left unloaded in a high temperature environment of 150° C. for 1500 hours. These electrolytic capacitors were disassembled, the cathode foil was washed with water, and the potential (E vs. Pt) transition of the cathode foil was measured. The results are shown in Table 6 below and added to Figure 2 using diamond plots. Table 6, like Table 1, shows the potential of the
(表6)
(Table 6)
表6及び図2の実施例6と比較例3に対応するプロットからわかるように、ホウ酸濃度が高い比較例3は、測定開始から10秒後の電位が小さく、ホウ酸濃度が低い実施例6は、測定開始から10秒後の電位が高く保たれていることがわかる。即ち、ホウ酸の濃度以外の他の組成比については同一である実施例6と比較例3の結果の違いから、ホウ酸の濃度と陰極箔の酸化皮膜の劣化に密接な因果が存在し、ホウ酸の濃度が8.5wt%以下であれば、陰極箔の酸化皮膜の劣化が抑制されることは、より確からしいといえる。 As can be seen from the plots corresponding to Example 6 and Comparative Example 3 in Table 6 and FIG. 2, Comparative Example 3, which has a high boric acid concentration, has a small potential 10 seconds after the start of measurement, and an example with a low boric acid concentration. 6 shows that the potential is kept high 10 seconds after the start of measurement. That is, from the difference in the results between Example 6 and Comparative Example 3, which are the same in composition ratios other than the concentration of boric acid, there is a close causal relationship between the concentration of boric acid and the deterioration of the oxide film of the cathode foil. If the concentration of boric acid is 8.5 wt % or less, it is more likely that deterioration of the oxide film of the cathode foil is suppressed.
また、下表7の組成比の電解液を有する実施例7及び8の電解コンデンサを作製した。実施例7及び8の電解コンデンサは、電解液の組成が異なる他は、実施例1乃至5と同一構成、同一製法及び同一条件で作製された。表7には先の実施例6も加えてある。 In addition, electrolytic capacitors of Examples 7 and 8 having electrolytic solutions having composition ratios shown in Table 7 below were produced. The electrolytic capacitors of Examples 7 and 8 were manufactured in the same configuration, by the same manufacturing method, and under the same conditions as those of Examples 1 to 5, except that the composition of the electrolytic solution was different. Table 7 also includes Example 6 above.
(表7)
(Table 7)
実施例7及び8並びに先の実施例6の電解液の表7のような組成比により、実施例6乃至8の電解液は、以下表8のように、ホウ酸の量、及び全アニオン中にホウ酸が占める割合が同じであり、ホウ酸(A)に対するマンニット(B)の割合のみが異なっていることがわかる。尚、全アニオンとは、ホウ酸と1,6-デカンジカルボン酸の合計量である。 According to the composition ratios shown in Table 7 of the electrolytic solutions of Examples 7 and 8 and the preceding Example 6, the electrolytic solutions of Examples 6 to 8 have the amount of boric acid and the amount of boric acid in all anions as shown in Table 8 below. It can be seen that the ratio of boric acid to the boric acid (A) is the same, and only the ratio of mannite (B) to boric acid (A) is different. The total anion is the total amount of boric acid and 1,6-decanedicarboxylic acid.
(表8)
(Table 8)
そして、実施例1乃至5並びに比較例1及び2と同様に、実施例6乃至8の電解コンデンサを、150℃の高温環境下で1500時間の間、無負荷で放置した。これら電解コンデンサを分解し、陰極箔を水で洗浄し、陰極箔の電位(E vs.Pt)の遷移を測定した。その結果を下表9に示し、また図3に菱形のプロットを用いて加えた。表9は、測定開始から10秒後の陰極箔の電位を示す。
Then, similarly to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, the electrolytic capacitors of Examples 6 to 8 were left unloaded in a high temperature environment of 150° C. for 1500 hours. These electrolytic capacitors were disassembled, the cathode foil was washed with water, and the transition of the potential (E vs. Pt) of the cathode foil was measured. The results are shown in Table 9 below and added to FIG. 3 using diamond plots. Table 9 shows the potential of the
(表9)
(Table 9)
表9及び図3の6乃至8に対応する実施例6乃至8のプロットより、ホウ酸(A)に対するマンニット(B)の割合が高い順に、測定開始から10秒後の電位が高くなることがわかる。即ち、ホウ酸(A)に対するマンニット(B)の割合以外の他の組成比については同一である実施例6乃至8の結果の違いから、ホウ酸の濃度が8.5wt%以下であれば、ホウ酸(A)に対するマンニット(B)の割合を上げると陰極箔の酸化皮膜の劣化が更に抑制されることは、より確からしいといえる。 From the plots of Examples 6 to 8 corresponding to 6 to 8 in Table 9 and FIG. 3, the higher the ratio of mannite (B) to boric acid (A), the higher the potential 10 seconds after the start of measurement. I understand. That is, from the difference in the results of Examples 6 to 8 in which the composition ratio other than the ratio of mannite (B) to boric acid (A) is the same, if the concentration of boric acid is 8.5 wt% or less It is more likely that deterioration of the oxide film of the cathode foil is further suppressed by increasing the ratio of mannite (B) to boric acid (A).
(等価直列抵抗(ESR)の測定)
実施例1乃至5及び比較例2の電解コンデンサのΔESRを測定した。ΔESRの測定では、電解コンデンサを高温環境下に置く前の初期のESRを測定し、150℃の高温環境下に150時間置いて再度ESRを測定し、初期のESRに対する高温環境下に晒した後のESRの比をΔESRとして計算した。ESRの測定は、LCRメータの端子を接続して行った。測定条件は、周囲温度を20℃、交流電圧レベルを1.0Vrmsの正弦波、測定周波数を100kHzとした。
(Measurement of equivalent series resistance (ESR))
The ΔESR of the electrolytic capacitors of Examples 1 to 5 and Comparative Example 2 were measured. In the measurement of ΔESR, the initial ESR is measured before the electrolytic capacitor is placed in a high temperature environment, placed in a high temperature environment of 150 ° C. for 150 hours, the ESR is measured again, and after exposure to the high temperature environment for the initial ESR. was calculated as ΔESR. ESR was measured by connecting terminals of an LCR meter. The measurement conditions were an ambient temperature of 20° C., an AC voltage level of 1.0 Vrms sine wave, and a measurement frequency of 100 kHz.
ΔESRを以下表10に示す。また、電解液中の全アニオンに対するホウ酸の比率を横軸に取り、縦軸にΔESRに取って、ホウ酸とΔESRの関係を図4に示した。
(表10)
ΔESR is shown in Table 10 below. The horizontal axis represents the ratio of boric acid to all anions in the electrolytic solution, and the vertical axis represents ΔESR. FIG. 4 shows the relationship between boric acid and ΔESR.
(Table 10)
表10及び図4に示すように、比較例2を除いて各実施例の電解コンデンサはΔESRが低く抑えられている。即ち、全アニオンに対するホウ酸の比率が0.4以上になると、ΔESRが低く抑えられていることがわかる。このように、電解コンデンサを高温環境下に長時間晒しても、全アニオンに対するホウ酸の比率が0.4以上になると、ESRが抑制されることが確認された。特に、全アニオンに対するホウ酸の比率が0.5以上になると、ΔESRが更に低く抑えられていることがわかる。 As shown in Table 10 and FIG. 4, the ΔESR of the electrolytic capacitors of each example is kept low except for Comparative Example 2. That is, it can be seen that ΔESR is kept low when the ratio of boric acid to all anions is 0.4 or more. Thus, it was confirmed that even if the electrolytic capacitor was exposed to a high-temperature environment for a long time, the ESR was suppressed when the ratio of boric acid to all anions was 0.4 or more. In particular, when the ratio of boric acid to all anions is 0.5 or more, ΔESR is further suppressed.
総じて、ホウ酸が、電解液全量に対して8.5wt%以下の範囲で含まれ、且つ電解液中の全アニオン成分に対して占める割合が重量比で0.4以上であれば、電解コンデンサは、ESRが良好でありながらも、水素ガスの発生を抑制でき、長寿命化することが確認された。 In general, if boric acid is contained in the range of 8.5 wt% or less with respect to the total amount of the electrolyte, and the ratio of boric acid to the total anion components in the electrolyte is 0.4 or more in weight ratio, the electrolytic capacitor Although the ESR is good, it was confirmed that the generation of hydrogen gas can be suppressed and the life is extended.
(耐電圧試験)
以下、表11に示す実施例9及び参考例の電解コンデンサと実施例4の電解コンデンサの耐電圧を計測した。実施例9及び参考例の電解コンデンサは、電解液の組成が異なる他は、実施例1乃至5と同一構成、同一製法及び同一条件で作製された。
(anti-voltage test)
The withstand voltages of the electrolytic capacitors of Example 9 and Reference Example shown in Table 11 and the electrolytic capacitor of Example 4 were measured. The electrolytic capacitors of Example 9 and Reference Example were manufactured in the same configuration, by the same manufacturing method, and under the same conditions as those of Examples 1 to 5, except that the composition of the electrolytic solution was different.
(表11)
(Table 11)
表11に示すように、実施例4、実施例9及び参考例は、耐圧向上剤としての高分子の添加量が異なる。これら実施例4、実施例9及び参考例の電解コンデンサを105℃の恒温槽内に置き、電流密度2mA/pc.で電圧を印加し、200V以上電圧降下した直前の電圧値を耐電圧値とした。その耐電圧測定結果を以下表12に示す。 As shown in Table 11, Example 4, Example 9 and Reference Example differ in the amount of polymer added as a pressure resistance improver. The electrolytic capacitors of Examples 4, 9 and Reference were placed in a constant temperature bath at 105° C. and subjected to a current density of 2 mA/pc. A voltage was applied at , and the voltage value immediately before the voltage dropped by 200 V or more was taken as the withstand voltage value. The withstand voltage measurement results are shown in Table 12 below.
(表12)
(Table 12)
表12に示すように、耐圧向上剤として電解液に含有させた高分子が5.0wt%以上であると、耐電圧が650Vを超えた。これにより、高圧用途としては、ホウ酸を、電解液全量に対して8.5wt%以下の範囲で含有させ、電解液中の全アニオン成分に対して占める割合を重量比で0.4以上としつつ、耐圧向上剤を電解液全量に対して5wt%以上含めることが好ましいことが確認された。 As shown in Table 12, the withstand voltage exceeded 650 V when the polymer contained in the electrolytic solution as a withstand voltage improving agent was 5.0 wt % or more. As a result, for high-pressure applications, boric acid is contained in the range of 8.5 wt% or less with respect to the total amount of the electrolyte, and the proportion of the total anion components in the electrolyte is 0.4 or more by weight. On the other hand, it was confirmed that it is preferable to include the breakdown voltage improving agent in an amount of 5 wt % or more with respect to the total amount of the electrolytic solution.
本実施例では高温環境下で無負荷放置した後の電解コンデンサに用いた陰極箔の電位の遷移を測定することで、陰極箔の劣化(酸化皮膜の溶解)について検証した。酸化皮膜を意図的に形成していない陰極箔を用いる場合は、例えば高温環境下で無負荷放置後の電解コンデンサの水素ガス発生量を測定することで、陰極箔の劣化を検証することが可能である。 In this example, the deterioration of the cathode foil (dissolution of the oxide film) was verified by measuring the transition of the potential of the cathode foil used in the electrolytic capacitor after being left unloaded in a high-temperature environment. When using a cathode foil that does not have an oxide film intentionally formed, it is possible to verify the deterioration of the cathode foil by measuring the amount of hydrogen gas generated by the electrolytic capacitor after being left unloaded in a high-temperature environment, for example. is.
Claims (4)
グリコール系溶媒と、
前記電解コンデンサ用電解液全量に対して5wt%以上含まれる耐圧向上剤と、
ホウ酸を含むアニオン成分と、
を含み、
前記ホウ酸は、
前記電解コンデンサ用電解液全量に対して8.5wt%以下含まれ、
前記電解コンデンサ用電解液中の全アニオン成分に対して占める割合が重量比で0.4以上であること、
を特徴とする電解コンデンサ用電解液。 An electrolytic solution for electrolytic capacitors used in electrolytic capacitors,
a glycol-based solvent;
A breakdown voltage improving agent contained in an amount of 5 wt% or more with respect to the total amount of the electrolytic solution for electrolytic capacitors;
an anionic component comprising boric acid;
including
The boric acid is
Containing 8.5 wt% or less with respect to the total amount of the electrolyte for electrolytic capacitors,
The weight ratio of all anion components in the electrolytic solution for an electrolytic capacitor is 0.4 or more;
An electrolytic solution for an electrolytic capacitor, characterized by:
前記ホウ酸(A)に対する前記マンニット(B)の含有割合B/Aが重量比で0.4以上であること、
を特徴とする請求項1記載の電解コンデンサ用電解液。 further comprising mannite;
The content ratio B/A of the mannitol (B) to the boric acid (A) is 0.4 or more by weight,
The electrolytic solution for an electrolytic capacitor according to claim 1, characterized by:
を特徴とする請求項1又は2記載の電解コンデンサ用電解液。 The boric acid is 5.5 wt% or more with respect to the total amount of the electrolytic solution for the electrolytic capacitor,
The electrolytic solution for an electrolytic capacitor according to claim 1 or 2, characterized by:
前記電解コンデンサ用電解液が含浸されるコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子に含まれ、弁作用金属を含み、表面に誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔と、
前記コンデンサ素子に含まれ、弁作用金属を含む陰極箔と、
を備えること、
を特徴とする電解コンデンサ。 The electrolytic solution for electrolytic capacitors according to claims 1 to 3,
a capacitor element impregnated with the electrolytic solution for an electrolytic capacitor;
an anode foil included in the capacitor element, containing a valve metal, and having a dielectric oxide film formed on its surface;
a cathode foil included in the capacitor element and containing a valve metal;
to provide
An electrolytic capacitor characterized by:
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