JP2023138354A - Electrolyte for hybrid electrolytic capacitor and hybrid electrolytic capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はハイブリッド型電解コンデンサ用電解液及びこの電解液を含むハイブリッド型電解コンデンサに関する。 The present invention relates to an electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor and a hybrid electrolytic capacitor containing this electrolytic solution.
ハイブリッド型電解コンデンサは、様々な電気製品及び電子製品において広く用いられており、その用途は電荷の蓄積、ノイズの除去及び位相の調整等多岐に渡っている。近年車載用途での使用が多くなっており、高耐圧化のニーズが高まっており、様々な改良が試みられている。 Hybrid electrolytic capacitors are widely used in various electrical and electronic products, and have a wide range of uses, including charge storage, noise removal, and phase adjustment. In recent years, their use in automotive applications has increased, and the need for higher voltage resistance has increased, and various improvements have been attempted.
例えば、特許文献1では脂肪族カルボン酸や無機酸と有機酸との複合化合物を電解液のアニオンとして使用することにより、コンデンサを高耐圧化する技術が開示されている。
また、特許文献2では脂肪族カルボン酸アンモニウム塩を電解液に使用することにより、コンデンサのESR(等価直列抵抗)を改善する技術が開示されている。
For example, Patent Document 1 discloses a technique for increasing the voltage resistance of a capacitor by using an aliphatic carboxylic acid or a composite compound of an inorganic acid and an organic acid as an anion in an electrolytic solution.
Furthermore, Patent Document 2 discloses a technique for improving the ESR (equivalent series resistance) of a capacitor by using an aliphatic carboxylic acid ammonium salt in an electrolytic solution.
しかし、特許文献1及び2に記載の電解コンデンサでは、高耐電圧化できるものの、耐電圧は十分ではなく、また、高温環境でのESRの特性は十分ではなかった。 However, although the electrolytic capacitors described in Patent Documents 1 and 2 can have a high withstand voltage, the withstand voltage is not sufficient, and the ESR characteristics in a high temperature environment are not sufficient.
本発明の課題は、高温環境下でのESRの上昇を抑制でき、高い耐電圧を達成できるハイブリッド型電解コンデンサ用電解液を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor that can suppress an increase in ESR in a high-temperature environment and achieve a high withstand voltage.
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。
即ち本発明は、一般式(1)で示されるカルボン酸(A1)、一般式(2)で示されるカルボン酸(A2)及び一般式(3)で示されるカルボン酸(A3)からなる群から選ばれる少なくとも1種のカルボン酸(A)と、分子量が250以下の芳香族カルボン酸(B)とを含有するハイブリッド電解コンデンサ用電解液であって、前記カルボン酸(A)の重量と前記芳香族カルボン酸(B)の重量との比率(A/B)が1~10000であるハイブリッド型電解コンデンサ用電解液である。
The present inventor has arrived at the present invention as a result of intensive studies to solve the above problems.
That is, the present invention provides carboxylic acids (A1) represented by general formula (1), carboxylic acids (A2) represented by general formula (2), and carboxylic acids (A3) represented by general formula (3). An electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor containing at least one selected carboxylic acid (A) and an aromatic carboxylic acid (B) having a molecular weight of 250 or less, wherein the weight of the carboxylic acid (A) and the aromatic This is an electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor in which the ratio (A/B) of the group carboxylic acid (B) to the weight is 1 to 10,000.
本発明の電解コンデンサ用電解液を用いた電解コンデンサは、高温環境下でESRの上昇を抑制し、高い耐電圧を達成するという効果を奏する。 An electrolytic capacitor using the electrolytic solution for electrolytic capacitors of the present invention has the effect of suppressing an increase in ESR in a high-temperature environment and achieving a high withstand voltage.
本発明のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液は、一般式(1)で示されるカルボン酸(A1)、一般式(2)で示されるカルボン酸(A2)及び一般式(3)で示されるカルボン酸(A3)からなる群から選ばれる少なくとも1種のカルボン酸(A)を含む。 The electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor of the present invention comprises a carboxylic acid (A1) represented by general formula (1), a carboxylic acid (A2) represented by general formula (2), and a carboxylic acid represented by general formula (3). Contains at least one carboxylic acid (A) selected from the group consisting of (A3).
本発明のカルボン酸(A1)は、前記一般式(1)で示されるカルボン酸である。
一般式(1)におけるR1は置換基を有してもよい炭素数2~10の炭化水素から水素原子を2つ除いた残基又はオキシアルキレン繰り返し単位のアルキレン基の炭素数が2~6であるポリアルキレングリコールから2つのヒドロキシ基を除いた残基である。
置換基を有してもよい炭素数2~10の炭化水素としては、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン及びデカン並びにこれらの炭化水素の水素原子を置換基に置き換えたものが挙げられる。
置換基としては、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子及び臭素原子等)、ヒドロキシ基及び炭素数1~4のアルコキシ基等が挙げられる。
The carboxylic acid (A1) of the present invention is a carboxylic acid represented by the general formula (1).
R 1 in general formula (1) is a residue obtained by removing two hydrogen atoms from a hydrocarbon having 2 to 10 carbon atoms which may have a substituent, or an alkylene group of an oxyalkylene repeating unit having 2 to 6 carbon atoms. It is a residue obtained by removing two hydroxy groups from polyalkylene glycol.
Examples of hydrocarbons having 2 to 10 carbon atoms that may have a substituent include ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, and decane, and those in which the hydrogen atom of these hydrocarbons is replaced with a substituent. Things can be mentioned.
Examples of the substituent include halogen atoms (fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, etc.), hydroxy groups, and alkoxy groups having 1 to 4 carbon atoms.
前記カルボン酸(A1)は両端の2つの芳香族ジカルボン酸(a11)とそれらをつなぐリンカー部位となるジオール(a2)とのエステル化合物と表すことができる。 The carboxylic acid (A1) can be represented as an ester compound of two aromatic dicarboxylic acids (a11) at both ends and a diol (a2) serving as a linker site connecting them.
前記芳香族ジカルボン酸(a11)としては、フタル酸(無水フタル酸を含む)、イソフタル酸及びテレフタル酸が挙げられる。
前記芳香族ジカルボン酸(a11)のうち、高温環境下でのESR上昇抑制及び後述する溶剤への溶解度の観点から、好ましくはフタル酸(無水フタル酸を含む)及びテレフタル酸であり、更に好ましくはフタル酸(無水フタル酸を含む)である。
Examples of the aromatic dicarboxylic acid (a11) include phthalic acid (including phthalic anhydride), isophthalic acid, and terephthalic acid.
Among the aromatic dicarboxylic acids (a11), phthalic acid (including phthalic anhydride) and terephthalic acid are preferred, and more preferred are phthalic acid (including phthalic anhydride) and terephthalic acid, from the viewpoint of suppressing the increase in ESR in a high-temperature environment and solubility in the solvent described below. Phthalic acid (including phthalic anhydride).
前記ジオール(a2)としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,10-ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオール、ノナンジオール及びデカンジオール及びオキシアルキレン繰り返し単位のアルキレン基の炭素数が2~6であるポリアルキレングリコール等が挙げられる。 The diol (a2) includes ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,10-butanediol, pentanediol, hexanediol, heptanediol, octanediol, nonanediol and decanediol, and oxyalkylene repeating units. Examples include polyalkylene glycols in which the alkylene group has 2 to 6 carbon atoms.
オキシアルキレン繰り返し単位のアルキレン基の炭素数が2~6であるポリアルキレングリコールとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール及びポリテトラメチレングリコール等が挙げられる。
ポリアルキレングリコールである場合、オキシアルキレン繰り返し単位が2以上であって、ポリアルキレングリコールの数平均分子量は耐電圧及び溶解度の観点から、好ましくは2000以下、更に好ましくは1000以下である。
Examples of polyalkylene glycols in which the alkylene group of the oxyalkylene repeating unit has 2 to 6 carbon atoms include polyethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene glycol, polytetramethylene glycol, and the like.
In the case of polyalkylene glycol, the number of oxyalkylene repeating units is 2 or more, and the number average molecular weight of the polyalkylene glycol is preferably 2000 or less, more preferably 1000 or less, from the viewpoints of withstand voltage and solubility.
前記ジオール(a2)としては、耐電圧及び後述する溶剤への溶解度の観点から、好ましくはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール及びポリテトラメチレングリコールであり、更に好ましくはポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールである。 The diol (a2) is preferably polyethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene glycol, and polytetramethylene glycol, more preferably polyethylene glycol and polypropylene glycol, from the viewpoint of withstand voltage and solubility in the solvent described below. .
本発明のカルボン酸(A2)は、前記一般式(2)で示されるカルボン酸である。
一般式(2)におけるR2は置換基を有してもよい炭素数2~10の炭化水素から水素原子を2つ除いた残基又はオキシアルキレン繰り返し単位のアルキレン基の炭素数が2~6であるポリアルキレングリコールから2つのヒドロキシ基を除いた残基である。
置換基を有してもよい炭素数2~10の炭化水素としては、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン及びデカン並びにこれらの炭化水素の水素原子を置換基に置き換えたものが挙げられる。
置換基としては、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子及び臭素原子等)、ヒドロキシ基及び炭素数1~4のアルコキシ基等が挙げられる。
The carboxylic acid (A2) of the present invention is a carboxylic acid represented by the general formula (2).
R 2 in the general formula (2) is a residue obtained by removing two hydrogen atoms from a hydrocarbon having 2 to 10 carbon atoms which may have a substituent, or an alkylene group of an oxyalkylene repeating unit having 2 to 6 carbon atoms. It is a residue obtained by removing two hydroxy groups from polyalkylene glycol.
Examples of hydrocarbons having 2 to 10 carbon atoms that may have a substituent include ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, and decane, and those in which the hydrogen atom of these hydrocarbons is replaced with a substituent. Things can be mentioned.
Examples of the substituent include halogen atoms (fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, etc.), hydroxy groups, and alkoxy groups having 1 to 4 carbon atoms.
オキシアルキレン繰り返し単位のアルキレン基の炭素数が2~6であるポリアルキレングリコールとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール及びポリテトラメチレングリコールが挙げられる。 Examples of polyalkylene glycols in which the alkylene group of the oxyalkylene repeating unit has 2 to 6 carbon atoms include polyethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene glycol, and polytetramethylene glycol.
前記カルボン酸(A2)は両端の2つの芳香族ジカルボン酸部位(a1)とそれらをつなぐリンカー部位となるジアミン(a3)とのアミド化合物と表すことができる。 The carboxylic acid (A2) can be represented as an amide compound of two aromatic dicarboxylic acid sites (a1) at both ends and a diamine (a3) serving as a linker site connecting them.
芳香族ジカルボン酸部位(a1)としては、フタル酸(無水フタル酸を含む)、イソフタル酸及びテレフタル酸が挙げられる。 Examples of the aromatic dicarboxylic acid moiety (a1) include phthalic acid (including phthalic anhydride), isophthalic acid, and terephthalic acid.
芳香族ジカルボン酸部位(a1)としては、のうち、高温環境下でのESR上昇抑制及び後述する溶剤への溶解度の観点から、好ましくはフタル酸(無水フタル酸を含む)及びテレフタル酸であり、更に好ましくはフタル酸(無水フタル酸を含む)である。 The aromatic dicarboxylic acid moiety (a1) is preferably phthalic acid (including phthalic anhydride) and terephthalic acid, from the viewpoint of suppressing the increase in ESR in a high-temperature environment and solubility in the solvent described below. More preferred is phthalic acid (including phthalic anhydride).
前記ジアミン(a3)としては、エチレンジアミン、ヘキサエチレンジアミン、数平均分子量2000以下のポリエーテルジアミン等のジアミンが挙げられる。
数平均分子量2000以下のポリエーテルジアミンとしては、1,2-ビス(2-アミノエトキシ)エタン、ビス(2-アミノエチル)ポリエチレングリコール、ビス(2-アミノプロピル)ポリプロピレングリコール、ビス(2-アミノブチル)ポリポリブチレングリコール及びビス(2-アミノブチル)ポリテトラメチレングリコールが挙げられる。
Examples of the diamine (a3) include diamines such as ethylene diamine, hexaethylene diamine, and polyether diamine having a number average molecular weight of 2000 or less.
Examples of polyether diamines having a number average molecular weight of 2000 or less include 1,2-bis(2-aminoethoxy)ethane, bis(2-aminoethyl)polyethylene glycol, bis(2-aminopropyl)polypropylene glycol, and bis(2-aminopropyl)polypropylene glycol. butyl) polypolybutylene glycol and bis(2-aminobutyl) polytetramethylene glycol.
前記ジアミン(a3)のうち、耐電圧及び後述する溶剤への溶解度の観点から、好ましくは数平均分子量が2000以下ポリエーテルジアミンであり、更に好ましくは数平均分子量が1000以下ポリエーテルジアミンである。 Among the diamines (a3), polyether diamines with a number average molecular weight of 2000 or less are preferred, and polyether diamines with a number average molecular weight of 1000 or less are more preferred from the viewpoint of withstand voltage and solubility in solvents described below.
本発明のカルボン酸(A3)は、前記一般式(3)で示されるカルボン酸である。
一般式(3)におけるR3は置換基を有してもよい炭素数2~10の炭化水素から水素原子を2つ除いた残基又はオキシアルキレン繰り返し単位のアルキレン基の炭素数が2~6であるポリアルキレングリコールから2つのヒドロキシ基を除いた残基である。
置換基を有してもよい炭素数2~10の炭化水素としては、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン及びデカン並びにこれらの炭化水素の水素原子を置換基に置き換えたものが挙げられる。
置換基としては、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子及び臭素原子等)、ヒドロキシ基及び炭素数1~4のアルコキシ基等が挙げられる。
The carboxylic acid (A3) of the present invention is a carboxylic acid represented by the general formula (3).
R 3 in general formula (3) is a residue obtained by removing two hydrogen atoms from a hydrocarbon having 2 to 10 carbon atoms which may have a substituent, or an alkylene group of an oxyalkylene repeating unit having 2 to 6 carbon atoms. It is a residue obtained by removing two hydroxy groups from polyalkylene glycol.
Examples of hydrocarbons having 2 to 10 carbon atoms that may have a substituent include ethane, propane, butane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, and decane, and those in which the hydrogen atom of these hydrocarbons is replaced with a substituent. Things can be mentioned.
Examples of the substituent include halogen atoms (fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, etc.), hydroxy groups, and alkoxy groups having 1 to 4 carbon atoms.
オキシアルキレン繰り返し単位のアルキレン基の炭素数が2~6であるポリアルキレングリコールとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール及びポリテトラメチレングリコールが挙げられる。 Examples of polyalkylene glycols in which the alkylene group of the oxyalkylene repeating unit has 2 to 6 carbon atoms include polyethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene glycol, and polytetramethylene glycol.
前記カルボン酸(A3)は両端の2つの芳香族トリカルボン酸部位(a12)とそれらをつなぐリンカー部位となるジアミン(a3)とのイミド化合物と表すことができる。 The carboxylic acid (A3) can be represented as an imide compound of two aromatic tricarboxylic acid sites (a12) at both ends and a diamine (a3) serving as a linker site connecting them.
芳香族トリカルボン酸部位(a12)としては、トリメリット酸(無水トリメリット酸を含む)が挙げられる。 Examples of the aromatic tricarboxylic acid moiety (a12) include trimellitic acid (including trimellitic anhydride).
芳香族トリカルボン酸部位(a12)としては、のうち、高温環境下でのESR上昇抑制及び後述する溶剤への溶解度の観点から、好ましくはトリメリット酸(無水トリメリット酸を含む)である。 The aromatic tricarboxylic acid moiety (a12) is preferably trimellitic acid (including trimellitic anhydride) from the viewpoint of suppressing the increase in ESR in a high-temperature environment and solubility in the solvent described below.
前記ジアミン(a3)としては、エチレンジアミン、ヘキサエチレンジアミン、数平均分子量2000以下のポリエーテルジアミン等のジアミンが挙げられる。
数平均分子量2000以下のポリエーテルジアミンとしては、1,2-ビス(2-アミノエトキシ)エタン、ビス(2-アミノエチル)ポリエチレングリコール、ビス(2-アミノプロピル)ポリプロピレングリコール、ビス(2-アミノブチル)ポリポリブチレングリコール及びビス(2-アミノブチル)ポリテトラメチレングリコールが挙げられる。
Examples of the diamine (a3) include diamines such as ethylene diamine, hexaethylene diamine, and polyether diamine having a number average molecular weight of 2000 or less.
Examples of polyether diamines having a number average molecular weight of 2000 or less include 1,2-bis(2-aminoethoxy)ethane, bis(2-aminoethyl)polyethylene glycol, bis(2-aminopropyl)polypropylene glycol, and bis(2-aminopropyl)polypropylene glycol. butyl) polypolybutylene glycol and bis(2-aminobutyl) polytetramethylene glycol.
前記ジアミン(a3)のうち、耐電圧及び後述する溶剤への溶解度の観点から、好ましくは数平均分子量が2000以下ポリエーテルジアミンであり、更に好ましくは数平均分子量が1000以下ポリエーテルジアミンである。 Among the diamines (a3), polyether diamines with a number average molecular weight of 2000 or less are preferred, and polyether diamines with a number average molecular weight of 1000 or less are more preferred from the viewpoint of withstand voltage and solubility in solvents described below.
分子量が250以下の芳香族カルボン酸(B)としては、安息香酸(分子量122)、フタル酸(分子量166)、イソフタル酸(分子量166)、テレフタル酸(分子量166)、2-フランカルボン酸(分子量112)、3-フランカルボン酸(分子量112)、2,5-フランジカルボン酸(分子量156)、1,2-ナフタレンジカルボン酸(分子量216)、1,4-ナフタレンジカルボン酸(分子量216)、1,5-ナフタレンジカルボン酸(分子量216)、1,8-ナフタレンジカルボン酸(分子量216)、2,3-ナフタレンジカルボン酸(分子量216)、2,6-ナフタレンジカルボン酸(分子量216)及びトリメリット酸(分子量210)等が挙げられる。 Aromatic carboxylic acids (B) having a molecular weight of 250 or less include benzoic acid (molecular weight 122), phthalic acid (molecular weight 166), isophthalic acid (molecular weight 166), terephthalic acid (molecular weight 166), 2-furancarboxylic acid (molecular weight 112), 3-furancarboxylic acid (molecular weight 112), 2,5-furandicarboxylic acid (molecular weight 156), 1,2-naphthalene dicarboxylic acid (molecular weight 216), 1,4-naphthalene dicarboxylic acid (molecular weight 216), 1 , 5-naphthalene dicarboxylic acid (molecular weight 216), 1,8-naphthalene dicarboxylic acid (molecular weight 216), 2,3-naphthalene dicarboxylic acid (molecular weight 216), 2,6-naphthalene dicarboxylic acid (molecular weight 216) and trimellitic acid (molecular weight 210), etc.
芳香族カルボン酸(B)としては、高温環境下でのESR上昇抑制の観点から、好ましくは安息香酸、フタル酸及び2,5-フランジカルボン酸であり、更に好ましくはフタル酸である。 The aromatic carboxylic acid (B) is preferably benzoic acid, phthalic acid, and 2,5-furandicarboxylic acid, and more preferably phthalic acid, from the viewpoint of suppressing an increase in ESR in a high-temperature environment.
本発明のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液は、前記カルボン酸(A1)、前記カルボン酸(A2)、前記カルボン酸(A3)及び前記芳香族カルボン酸(B)以外の酸(A’)を含んでいてもよい。酸(A’)としては、脂肪族カルボン酸(アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、1,6-デカンジカルボン酸)、リン酸(リン酸、ジ亜リン酸、リン酸エステル)及びホウ酸(ホウ酸、ホウ酸エステル、ボロジサリチル酸)等の酸が挙げられる。
これらの酸(A’)の内、高耐電圧化の観点から、好ましくは脂肪族カルボン酸であり、更に好ましくはアゼライン酸及びホウ酸あり、特に好ましくはアゼライン酸である。
これらの酸(A’)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
The electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor of the present invention does not contain an acid (A') other than the carboxylic acid (A1), the carboxylic acid (A2), the carboxylic acid (A3), and the aromatic carboxylic acid (B). It's okay to stay. Examples of the acid (A') include aliphatic carboxylic acids (adipic acid, sebacic acid, azelaic acid, 1,6-decanedicarboxylic acid), phosphoric acid (phosphoric acid, diphosphorous acid, phosphoric acid ester), and boric acid ( Examples include acids such as boric acid, boric esters, and borodisalicylic acid.
Among these acids (A'), from the viewpoint of increasing withstand voltage, aliphatic carboxylic acids are preferred, azelaic acid and boric acid are more preferred, and azelaic acid is particularly preferred.
These acids (A') may be used alone or in combination of two or more.
前記カルボン酸(A1)、カルボン酸(A2)、カルボン酸(A3)、芳香族カルボン酸(B)及び酸(A’)は酸の形として含まれていても、イオン化してアニオンとして含まれていてもどちらでもよい。
アニオンの対カチオンとしては、アンモニウム、1級アンモニウム、2級アンモニウム、3級アンモニウム及びアミジニウムが挙げられる。アンモニウム、1級アンモニウム、2級アンモニウム及び3級アンモニウムとしては、それぞれアンモニア、1級アミン、2級アミン及び3級アミンから生成されるアンモニウムが挙げられる。
これらのアミンとして、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、N,N-ジイソプロピルエチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、スペルミジン、スペルミン、アマンタジン、アニリン、フェネチルアミン、トルイジン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、イミダゾール、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、4-ジメチルアミノピリジン及びトリエタノールアミン等が挙げられる。
アミジニウムとしては、1,3-ジメチルイミダゾリウム、1,3-ジイソプロピルイミダゾリウム、1,3-ジブチルイミダゾリウム、1-メチル-3-プロピルイミダゾリウム、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリウム、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム及び1-ベンジル-3-メチルイミダゾリウム等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Even if the carboxylic acid (A1), carboxylic acid (A2), carboxylic acid (A3), aromatic carboxylic acid (B) and acid (A') are contained in the form of an acid, they are ionized and contained as an anion. Either is fine.
Counter cations of anions include ammonium, primary ammonium, secondary ammonium, tertiary ammonium and amidinium. Examples of ammonium, primary ammonium, secondary ammonium, and tertiary ammonium include ammonium produced from ammonia, primary amine, secondary amine, and tertiary amine, respectively.
These amines include methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, ethylenediamine, N,N-diisopropylethylamine, tetramethylethylenediamine, hexamethylenediamine, spermidine, spermine, amantadine, aniline, phenethylamine, toluidine, pyrrolidine, Examples include piperidine, piperazine, morpholine, imidazole, pyridine, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, 4-dimethylaminopyridine and triethanolamine.
Amidinium includes 1,3-dimethylimidazolium, 1,3-diisopropylimidazolium, 1,3-dibutylimidazolium, 1-methyl-3-propylimidazolium, 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1- Examples include ethyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-butyl-3-methylimidazolium, and 1-benzyl-3-methylimidazolium. These may be used alone or in combination of two or more.
前記のアニオンの対カチオンとしては、ESRの上昇抑制の観点から、好ましくはアンモニウム、第一級アンモニウム及び第三級アンモニウムであり、更に好ましくは第三級アンモニウムである。 The counter cation of the anion is preferably ammonium, primary ammonium, or tertiary ammonium, and more preferably tertiary ammonium, from the viewpoint of suppressing an increase in ESR.
本発明のハイブリッド電解コンデンサ用電解液は更に溶剤を含むことができる。
溶剤としては、アルコール溶剤[メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、エチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコール等]、アミド溶剤(N-メチルホルムアミド、N-エチルホルムアミド及びN,N-ジメチルホルムアミド等)、ラクトン溶剤(α-アセチル-γ-ブチロラクトン、β-ブチロラクトン、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン及びδ-バレロラクトン等)、ニトリル溶剤(アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、アクリロニトリル、メタクリルニトリル及びベンゾニトリル等)、スルホキシド溶剤(ジメチルスルホキシド、メチルエチルスルホキシド及びジエチルスルホキシド)及びスルホン溶剤(スルホラン及びエチルメチルスルホン等)等が挙げられる。
前記溶剤のうち、ESRの上昇抑制の観点から好ましくは、アルコール溶剤及びラクトン溶剤であり、更に好ましくは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グリセリンであり、特に好ましくはエチレングリコールである。
これらの溶剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
The electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor of the present invention can further contain a solvent.
Examples of solvents include alcohol solvents [methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, ethylene glycol, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol, diethylene glycol, glycerin, polyethylene glycol, polypropylene glycol, etc.], amide solvents (N-methylformamide, N-ethylformamide and N,N-dimethylformamide, etc.), lactone solvents (α-acetyl-γ-butyrolactone, β-butyrolactone, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, etc.), nitrile solvents (acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, acrylonitrile, methacrylnitrile, benzonitrile, etc.), sulfoxide solvents (dimethylsulfoxide, methylethylsulfoxide, diethylsulfoxide), and sulfone solvents (sulfolane, ethylmethylsulfone, etc.).
Among the solvents, alcohol solvents and lactone solvents are preferred from the viewpoint of suppressing an increase in ESR, more preferred are ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, and glycerin, and particularly preferred is ethylene glycol.
These solvents may be used alone or in combination of two or more.
25℃における電解液のpHは、ESRの上昇抑制及び火花電圧の観点から、好ましくは4~6、更に好ましくは4~5.5、特に好ましくは4~5である。
25℃における電解液のpHは、直接pHメーターで測定した値である。
The pH of the electrolytic solution at 25° C. is preferably 4 to 6, more preferably 4 to 5.5, particularly preferably 4 to 5, from the viewpoint of suppressing the increase in ESR and spark voltage.
The pH of the electrolytic solution at 25° C. is a value directly measured with a pH meter.
本発明のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液において、ハイブリッド型電解コンデンサ用電解液の合計重量に基づき、前記カルボン酸(A)の重量割合は、高温環境下でESRの上昇抑制及び前記溶剤への溶解性の観点から、好ましくは0.05~40重量%であり、更に好ましくは1~30重量%であり、特に好ましくは1~20重量%である。
ハイブリッド型電解コンデンサ用電解液の合計重量に基づき、前記分子量が250以下の芳香族カルボン酸(B)の重量割合は、高温環境下でESRの上昇抑制の観点から、好ましくは0.01~40重量%であり、更に好ましくは0.05~20重量%、特に好ましくは0.05~10重量%である。
本発明のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液において、ハイブリッド型電解コンデンサ用電解液の合計重量に基づき、前記酸(A’)の重量割合は、高温環境下でESRの上昇抑制及び前記溶剤への溶解性の観点から、好ましくは10重量%以下であり、更に好ましくは5重量%以下であり、特に好ましくは1重量%以下である。
In the electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor of the present invention, based on the total weight of the electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor, the weight ratio of the carboxylic acid (A) is determined to suppress an increase in ESR in a high-temperature environment and dissolve it in the solvent. From the viewpoint of properties, the content is preferably 0.05 to 40% by weight, more preferably 1 to 30% by weight, particularly preferably 1 to 20% by weight.
Based on the total weight of the electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor, the weight ratio of the aromatic carboxylic acid (B) having a molecular weight of 250 or less is preferably 0.01 to 40 from the viewpoint of suppressing an increase in ESR in a high temperature environment. % by weight, more preferably 0.05 to 20% by weight, particularly preferably 0.05 to 10% by weight.
In the electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor of the present invention, based on the total weight of the electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor, the weight ratio of the acid (A') is set to suppress an increase in ESR in a high-temperature environment and dissolve it in the solvent. From the viewpoint of properties, the content is preferably 10% by weight or less, more preferably 5% by weight or less, particularly preferably 1% by weight or less.
本発明のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液において、カルボン酸(A)の重量と芳香族カルボン酸(B)の重量との比率(A/B)は1~10000であり、好ましくは1~1000である。1未満であると耐電圧が劣り、10000を超えると耐電圧及びコンデンサ素子のエージング後の膨れ抑制の観点で劣る。 In the electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor of the present invention, the ratio (A/B) of the weight of carboxylic acid (A) to the weight of aromatic carboxylic acid (B) is 1 to 10,000, preferably 1 to 1,000. be. If it is less than 1, the withstand voltage will be poor, and if it exceeds 10,000, it will be poor in terms of withstand voltage and suppression of swelling after aging of the capacitor element.
本発明のハイブリッド電解コンデンサ用電解液は、火花電圧の観点から電解液の重量に基づいて好ましくは水分量の重量割合が0.05~40重量%であり、更に好ましくは0.5~3.0重量%である。 The electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor of the present invention preferably has a moisture content of 0.05 to 40% by weight, more preferably 0.5 to 3% by weight, based on the weight of the electrolytic solution from the viewpoint of spark voltage. It is 0% by weight.
本発明のハイブリッド型電解コンデンサは、表面に誘電体層を有する陽極箔と、この陽極箔の誘電体層に接触した固体電解質(C)の層とを有するコンデンサ素子から形成されるハイブリッド型電解コンデンサである。
前記コンデンサ素子には前記ハイブリッド型電解コンデンサ用電解液が含侵されており、前記固体電解質(C)が導電性高分子を含む。
コンデンサ素子と一対のリード線と外装体とを有する。一対のリード線はそれぞれ、コンデンサ素子に接続されている。外装体はリード線を他方の端部を外部に導出するようにして、コンデンサ素子を封入している。
外装体は、筒状のケースと、封口体とで構成されており、このケースには電解液を含浸したコンデンサ素子を収納し、封口体にはリード線をそれぞれ挿通させる貫通孔に通し、ケースの外周面に設けた絞り加工部で圧縮することによって封止する。
The hybrid electrolytic capacitor of the present invention is formed from a capacitor element having an anode foil having a dielectric layer on its surface and a solid electrolyte (C) layer in contact with the dielectric layer of the anode foil. It is.
The capacitor element is impregnated with the electrolytic solution for the hybrid electrolytic capacitor, and the solid electrolyte (C) contains a conductive polymer.
It has a capacitor element, a pair of lead wires, and an exterior body. Each of the pair of lead wires is connected to a capacitor element. The exterior body encapsulates the capacitor element with the other end of the lead wire led out.
The exterior body consists of a cylindrical case and a sealing body. This case houses a capacitor element impregnated with electrolyte, and the sealing body has through-holes through which the lead wires are inserted. It is sealed by compressing it with a drawing section provided on the outer peripheral surface of the tube.
陽極箔はアルミニウム箔をエッジング処理により、粗面化し、さらにその表面に誘電体である陽極酸化皮膜を化成処理によって形成され、表面に誘電体層を有する陽極箔となる。
コンデンサ素子は陽極箔以外にさらに、陰極箔とセパレータも有するが、陽極箔と陰極箔とセパレータを積層して巻回することでコンデンサ素子が構成される。そして、陽極箔と陰極箔との間に導電性高分子を含む固体電解質(C)の層を作成する。作成方法としては、導電性高分子溶液に含浸させ、その後乾燥させる方法や、導電性高分子を電解重合させるなどの方法がある。
以上のように形成されたコンデンサ素子内に形成された固体電解質(C)の隙間に電解液が入り込み、ハイブリッド型電解コンデンサが作成される。
The anode foil is made by roughening aluminum foil by edging and then forming an anodic oxide film, which is a dielectric, on the surface of the foil by chemical conversion treatment, resulting in an anode foil having a dielectric layer on the surface.
In addition to the anode foil, the capacitor element also has a cathode foil and a separator, and the capacitor element is constructed by laminating and winding the anode foil, the cathode foil, and the separator. Then, a layer of solid electrolyte (C) containing a conductive polymer is created between the anode foil and the cathode foil. Examples of the preparation method include a method of impregnating it with a conductive polymer solution and then drying it, and a method of electrolytically polymerizing the conductive polymer.
The electrolytic solution enters the gap in the solid electrolyte (C) formed in the capacitor element formed as described above, thereby creating a hybrid electrolytic capacitor.
ハイブリッド型電解コンデンサとしては、前記電解コンデンサ用電解液を含んでいればよく、形状及び大きさ等は限定されない。本発明のハイブリッド型電解コンデンサとしては、例えば、捲き取り形の電解コンデンサであって、陽極表面に酸化アルミニウムが形成された陽極(酸化アルミニウム箔)と陰極アルミニウム箔との間に、セパレータを介在させて捲回することにより構成されたコンデンサが挙げられる。
例えば、本発明の電解コンデンサ用電解液を駆動用電解液としてセパレータ(クラフト紙及びマニラ紙等)に含浸し、陽陰極と共に、有底筒状のアルミニウムケースに収納した後、アルミニウムケースの開口部を封口ゴム(ブチルゴム及びシリコーンゴム等)で密閉することで得ることができる。
The hybrid electrolytic capacitor only needs to contain the electrolytic solution for electrolytic capacitors, and its shape, size, etc. are not limited. The hybrid electrolytic capacitor of the present invention is, for example, a rolled-up electrolytic capacitor in which a separator is interposed between an anode (aluminum oxide foil) having aluminum oxide formed on the anode surface and a cathode aluminum foil. An example of this is a capacitor constructed by winding the capacitor.
For example, after impregnating a separator (kraft paper, manila paper, etc.) with the electrolytic solution for an electrolytic capacitor of the present invention as a driving electrolytic solution and storing it together with an anode and a cathode in a bottomed cylindrical aluminum case, the opening of the aluminum case is It can be obtained by sealing with sealing rubber (butyl rubber, silicone rubber, etc.).
本発明において、固体電解質(C)は導電性高分子を含む。
導電性高分子としては、チオフェン、3,4-エチレンジオキシチオフェン、アルキル化エチレンジオキシチオフェン、アルコキシ化エチレンジオキシチオフェン、ピロール及びアニリン等を構成単量体とする(共)重合体が挙げられる。
導電性高分子は、1種でも、2種を併用してもよい。
In the present invention, the solid electrolyte (C) contains a conductive polymer.
Examples of conductive polymers include (co)polymers having constituent monomers such as thiophene, 3,4-ethylenedioxythiophene, alkylated ethylenedioxythiophene, alkoxylated ethylenedioxythiophene, pyrrole, and aniline. It will be done.
The conductive polymer may be used alone or in combination of two types.
本発明のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液を用いたハイブリッド型電解コンデンサは、初期のESRを低減できる点で優れるだけでなく、高温時のESRの上昇を抑制できる点で優れている。高温時のESRの上昇を抑制できるメカニズムとしては以下のことが推定される。
従来のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液の性能劣化(ESR維持率の低下等)は、固体電解質を構成する導電性高分子の酸化劣化及び脱ドープ等が原因であると考えられる。
ここで、本発明のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液は、カルボン酸アニオン(A)のフラン骨格上の酸素原子が、前記の電解質に作用することによって、前記電解質の性能劣化の原因となる酸化劣化及び脱ドープ等を抑制できていることが考えられる。
A hybrid electrolytic capacitor using the electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor of the present invention is not only excellent in that it can reduce initial ESR, but also excellent in that it can suppress an increase in ESR at high temperatures. The following is presumed to be the mechanism by which the increase in ESR at high temperatures can be suppressed.
The deterioration in performance of conventional electrolyte solutions for hybrid electrolytic capacitors (decreased ESR retention rate, etc.) is thought to be caused by oxidation deterioration, dedoping, etc. of the conductive polymer constituting the solid electrolyte.
Here, in the electrolyte solution for a hybrid electrolytic capacitor of the present invention, oxygen atoms on the furan skeleton of the carboxylic acid anion (A) act on the electrolyte, resulting in oxidative deterioration that causes performance deterioration of the electrolyte. It is considered that dedoping and dedoping can be suppressed.
<その他>
本発明は、以下の構成を含んでもよい。
<1>一般式(1)で示されるカルボン酸(A1)、一般式(2)で示されるカルボン酸(A2)及び一般式(3)で示されるカルボン酸(A3)からなる群から選ばれる少なくとも1種のカルボン酸(A)と、分子量が250以下の芳香族カルボン酸(B)とを含有するハイブリッド電解コンデンサ用電解液であって、前記カルボン酸(A)の重量と前記芳香族カルボン酸(B)の重量との比率(A/B)が1~10000であるハイブリッド型電解コンデンサ用電解液。
<Others>
The present invention may include the following configurations.
<1> Selected from the group consisting of carboxylic acid (A1) represented by general formula (1), carboxylic acid (A2) represented by general formula (2), and carboxylic acid (A3) represented by general formula (3) An electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor containing at least one carboxylic acid (A) and an aromatic carboxylic acid (B) having a molecular weight of 250 or less, wherein the weight of the carboxylic acid (A) and the aromatic carboxylic acid (B) are An electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor having an acid (B) to weight ratio (A/B) of 1 to 10,000.
<2>25℃における電解液のpHが4~6である<1>に記載のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液。
<3>電解液の重量に基づいて水分量が0.05~40重量%である<1>又は<2>に記載のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液。
<4>表面に誘電体層を有する陽極箔と、この陽極箔の誘電体層に接触した固体電解質(C)の層とを有するコンデンサ素子から形成されるハイブリッド型電解コンデンサであって、前記コンデンサ素子には<1>~<3>いずれか1項に記載のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液が含侵されており、前記固体電解質(C)が導電性高分子を含むハイブリッド型電解コンデンサ。
<2> The electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor according to <1>, wherein the electrolytic solution has a pH of 4 to 6 at 25°C.
<3> The electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor according to <1> or <2>, wherein the water content is 0.05 to 40% by weight based on the weight of the electrolytic solution.
<4> A hybrid electrolytic capacitor formed from a capacitor element having an anode foil having a dielectric layer on its surface and a solid electrolyte (C) layer in contact with the dielectric layer of the anode foil, the capacitor A hybrid electrolytic capacitor, wherein the element is impregnated with the electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor according to any one of <1> to <3>, wherein the solid electrolyte (C) contains a conductive polymer.
以下本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically explained below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
<製造例1>
コルベンにジエチルエーテル80重量部と無水フタル酸86.7重量部(2mol等量)を投入し、エチレングリコール13.3重量部(1mol等量)を滴下し、縮合反応させた。その後減圧下(0.5kPa)40℃の条件でジエチルエーテルを除去し、R1がエタンから水素原子を2つ除いた残基(エチレン基)であるカルボン酸(A1-1)を得た。
<Manufacture example 1>
80 parts by weight of diethyl ether and 86.7 parts by weight (2 mol equivalent) of phthalic anhydride were placed in a Kolben, and 13.3 parts by weight (1 mol equivalent) of ethylene glycol was added dropwise to cause a condensation reaction. Thereafter, diethyl ether was removed under reduced pressure (0.5 kPa) at 40° C. to obtain a carboxylic acid (A1-1) in which R 1 is a residue obtained by removing two hydrogen atoms from ethane (ethylene group).
<製造例2>
コルベンにジブチルエーテル140重量部、テレフタル酸88.3重量部(2mol等量)とエチレングリコール11.7重量部(1mol等量)を投入し、140℃3時間過熱し、縮合反応させた。その後減圧下(0.5kPa)100℃の条件でジブチルエーテルを除去し、R1がエタンから水素原子を2つ除いた残基(エチレン基)であるカルボン酸(A1-2)を得た。
<Manufacture example 2>
140 parts by weight of dibutyl ether, 88.3 parts by weight (2 mol equivalent) of terephthalic acid, and 11.7 parts by weight (1 mol equivalent) of ethylene glycol were charged into a Kolben and heated at 140° C. for 3 hours to cause a condensation reaction. Thereafter, dibutyl ether was removed under reduced pressure (0.5 kPa) at 100° C. to obtain a carboxylic acid (A1-2) in which R 1 is a residue (ethylene group) obtained by removing two hydrogen atoms from ethane.
<製造例3>
製造例1において無水フタル酸の仕込み重量を59.0重量部(2mol等量)に、エチレングリコールをPEG200[ポリエチレングリコール、数平均分子量200、三洋化成工業(株)製]41.0重量部(1mol等量)に変更した以外は製造例1と同様にして行い、R1がポリエチレングリコール(数平均分子量200)から2つのヒドロキシ基を除いた残基であるカルボン酸(A1-3)を得た。
<Manufacture example 3>
In Production Example 1, the charged weight of phthalic anhydride was 59.0 parts by weight (2 mol equivalent), and 41.0 parts by weight of ethylene glycol was added to PEG200 [polyethylene glycol, number average molecular weight 200, manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.]. Carboxylic acid (A1-3) in which R 1 is a residue obtained by removing two hydroxy groups from polyethylene glycol (number average molecular weight 200) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the amount was changed to 1 mol equivalent). Ta.
<製造例4>
製造例1において無水フタル酸の仕込み重量を22.4重量部(2mol等量)に、エチレングリコールをPEG1000[ポリエチレングリコール、数平均分子量1000、三洋化成工業(株)製]77.6重量部(1mol等量)に変更した以外は製造例1と同様にして行い、R1がポリエチレングリコール(数平均分子量1000)から2つのヒドロキシ基を除いた残基であるカルボン酸(A1-4)を得た。
<Manufacture example 4>
In Production Example 1, the charged weight of phthalic anhydride was 22.4 parts by weight (2 mol equivalent), and 77.6 parts by weight of ethylene glycol was added to PEG1000 [polyethylene glycol, number average molecular weight 1000, manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.]. Carboxylic acid (A1-4) in which R 1 is a residue obtained by removing two hydroxy groups from polyethylene glycol (number average molecular weight 1000) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the amount was changed to 1 mol equivalent). Ta.
<製造例5>
製造例1において無水フタル酸の仕込み重量を62.3重量部(2mol等量)に、エチレングリコールを1,6-デカンジオール37.7重量部(1mol等量)に変更した以外は製造例1と同様にして行い、R1が1,6-デカンジオールから2つのヒドロキシ基を除いた残基である酸(A1-5)を得た。
<Manufacture example 5>
Production Example 1 except that the charged weight of phthalic anhydride in Production Example 1 was changed to 62.3 parts by weight (2 mol equivalent) and the ethylene glycol was changed to 37.7 parts by weight (1 mol equivalent) of 1,6-decanediol. In the same manner as above, an acid (A1-5) in which R 1 is a residue obtained by removing two hydroxy groups from 1,6-decanediol was obtained.
<製造例6>
製造例1において無水フタル酸の仕込み重量を82.8重量部(2mol等量)に、エチレングリコールをエチレンジアミン17.2重量部(1mol等量)に変更した以外は製造例1と同様にして行い、R2がエタンから水素原子を2つ除いた残基(エチレン基)であるカルボン酸(A2-1)を得た。
<Manufacture example 6>
Produced in the same manner as in Production Example 1, except that the weight of phthalic anhydride was changed to 82.8 parts by weight (2 mol equivalent) and the ethylene glycol was changed to 17.2 parts by weight (1 mol equivalent) of ethylenediamine. , a carboxylic acid (A2-1) in which R 2 is a residue obtained by removing two hydrogen atoms from ethane (ethylene group) was obtained.
<製造例7>
製造例1において無水フタル酸の仕込み重量を71.3重量部(2mol等量)に、エチレングリコールをヘキサエチレンジアミン28.7重量部(1mol等量)に変更した以外は製造例1と同様にして行い、R2がヘキサンから水素原子を2つ除いた残基(1,6-ヘキシレン基)であるカルボン酸(A2-2)を得た。
<Manufacture example 7>
In the same manner as in Production Example 1, except that the charged weight of phthalic anhydride was changed to 71.3 parts by weight (2 mol equivalent) and the ethylene glycol was changed to 28.7 parts by weight (1 mol equivalent) of hexaethylenediamine. A carboxylic acid (A2-2) in which R 2 is a residue obtained by removing two hydrogen atoms from hexane (1,6-hexylene group) was obtained.
<製造例8>
製造例1において無水フタル酸の仕込み重量を66.1重量部(2mol等量)に、エチレングリコールを1,2-ビス(2-アミノエトキシ)エタン33.9重量部(1mol等量)に変更した以外は製造例1と同様にして行い、R2がトリプロピレングリコールから2つのヒドロキシ基を除いた残基であるカルボン酸(A2-3)を得た。
<Manufacture example 8>
In Production Example 1, the charged weight of phthalic anhydride was changed to 66.1 parts by weight (2 mol equivalent), and the ethylene glycol was changed to 33.9 parts by weight (1 mol equivalent) of 1,2-bis(2-aminoethoxy)ethane. A carboxylic acid (A2-3) in which R 2 is a residue obtained by removing two hydroxy groups from tripropylene glycol was obtained in the same manner as in Production Example 1 except for the following steps.
<製造例9>
製造例1において無水フタル酸の仕込み重量を12.6重量部(2mol等量)に、ビス(2-アミノプロピル)ポリプロピレングリコール[ポリエーテルアミンD2000、三井化学(株)製]87.4重量部(1mol等量)に変更した以外は製造例1と同様にして行い、R2がポリプロピレングリコール(数平均分子量2000)から2つのヒドロキシ基を除いた残基であるカルボン酸(A2-4)を得た。
<Manufacture example 9>
In Production Example 1, the charged weight of phthalic anhydride was 12.6 parts by weight (2 mol equivalent), and 87.4 parts by weight of bis(2-aminopropyl) polypropylene glycol [Polyetheramine D2000, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.] (1 mol equivalent) was carried out in the same manner as in Production Example 1, and R 2 was a carboxylic acid (A2-4) which is a residue obtained by removing two hydroxy groups from polypropylene glycol (number average molecular weight 2000). Obtained.
<製造例10>
コルベンにジブチルエーテル140重量部、無水トリメリット酸76.8重量部(2mol等量)とヘキサエチレンジアミン23.2重量部(1mol等量)を投入し、140℃3時間過熱し、縮合反応させた。その後減圧下(0.5kPa)100℃の条件でジブチルエーテルを除去し、R3がからヘキサンから水素原子を2つ除いた残基(1,6-ヘキシレン基)であるカルボン酸(A3-1)を得た。
<Manufacture example 10>
140 parts by weight of dibutyl ether, 76.8 parts by weight (2 mol equivalent) of trimellitic anhydride, and 23.2 parts by weight (1 mol equivalent) of hexaethylenediamine were put into a Kolben, and heated at 140°C for 3 hours to cause a condensation reaction. . Thereafter, dibutyl ether was removed under reduced pressure (0.5 kPa) at 100°C, and R 3 was a carboxylic acid (A3-1) which is a residue obtained by removing two hydrogen atoms from hexane (1,6-hexylene group). ) was obtained.
<製造例11>
製造例10において無水トリメリット酸の仕込み重量を16.1重量部(2mol等量)に、ビス(2-アミノプロピル)ポリプロピレングリコール[ポリエーテルアミンD2000、三井化学(株)製]83.9重量部(1mol等量)に変更した以外は製造例11と同様にして行い、R3がポリプロピレングリコール(数平均分子量2000)から2つのヒドロキシ基を除いた残基であるカルボン酸(A3-2)を得た。
<Manufacture example 11>
In Production Example 10, the charged weight of trimellitic anhydride was 16.1 parts by weight (2 mol equivalent), and 83.9 parts by weight of bis(2-aminopropyl) polypropylene glycol [Polyetheramine D2000, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.] Carboxylic acid (A3-2) in which R 3 is a residue obtained by removing two hydroxy groups from polypropylene glycol (number average molecular weight 2000) I got it.
<実施例1~22、比較例1~4>
<ハイブリッド型コンデンサ用電解液の調製>
表2又は3に記載の重量部数の組成で混合し、必要により減圧脱気によって炭酸を除去し、ハイブリッド型コンデンサ用電解液(Y-1)~(Y-22)及び比較のハイブリッド型コンデンサ用電解液(Y’-1)~(Y’-4)を調製した。なお、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム/炭酸メチルについては酸と反応して発生する炭酸を除いた重量部数を記載した。
<Examples 1 to 22, Comparative Examples 1 to 4>
<Preparation of electrolyte solution for hybrid capacitor>
Mix the composition in the parts by weight listed in Table 2 or 3, remove carbon dioxide by degassing under reduced pressure if necessary, and electrolyte solution for hybrid type capacitors (Y-1) to (Y-22) and comparative hybrid type capacitors. Electrolytes (Y'-1) to (Y'-4) were prepared. Note that for 1,2,3,4-tetramethylimidazolinium/methyl carbonate, the number of parts by weight is stated excluding carbonic acid generated by reaction with acid.
表2及び3中の略記号は以下のとおりである。
GBL:γ-ブチロラクトン
SL:スルホラン
EG:エチレングリコール
PEG300:ポリエチレングリコール、数平均分子量300、三洋化成工業(株)製
プロピレングリコール400:プロピレングリコール、数平均分子量400、三洋化成工業(株)製
PEG1000:ポリエチレングリコール、数平均分子量1000、三洋化成工業(株)製
The abbreviations in Tables 2 and 3 are as follows.
GBL: γ-butyrolactone SL: Sulfolane EG: Ethylene glycol PEG300: Polyethylene glycol, number average molecular weight 300, manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. Propylene glycol 400: Propylene glycol, number average molecular weight 400, manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. PEG1000: Polyethylene glycol, number average molecular weight 1000, manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.
<ハイブリッド型電解コンデンサの作製>
誘電体層を有する陽極箔(化成済みアルミ箔:JCC社製、115HD-658Vf)と陰極箔(未化成アルミ箔:JCC社製、30CB)に電極用タブを接続し、セパレータとしてクラフト紙を介して対向させ素子を得た。切断面や欠損部を修復するためホウ酸アンモニウム水溶液中で前記素子に500Vの電圧で修復化成を行い、コンデンサ素子(理論容量:10.0μF)を得た。
次にPEDOT/PSS水分散液(3,4-エチレンジオキシチオフェンを構成単量体とする重合体とポリスチレンスルホン酸を含む)(へレウス社製:CleviosPH500)にコンデンサ素子を1分間真空含浸(真空度:20mmHg)し、150℃で30分間乾燥させ、誘電体層表面に固体電解質層を形成した。
続いて表2に記載の実施例及び比較例のハイブリッド型コンデンサ用電解液をそれぞれに50℃で1分間真空(真空度:20mmHg)含浸した。
最後に固体電解質層を有し、電解液を含侵したコンデンサ素子をケースに格納し、カシメを行うことで、実施例及び比較例のハイブリッド型電解コンデンサを得た。
<Production of hybrid electrolytic capacitor>
Electrode tabs were connected to an anode foil (formed aluminum foil: manufactured by JCC, 115HD-658Vf) and a cathode foil (unformed aluminum foil: manufactured by JCC, 30CB) having a dielectric layer, and kraft paper was used as a separator. An element was obtained by facing each other. In order to repair the cut surface and the defective part, repair chemical formation was performed on the element in an ammonium borate aqueous solution at a voltage of 500 V, and a capacitor element (theoretical capacity: 10.0 μF) was obtained.
Next, the capacitor element was vacuum impregnated for 1 minute in a PEDOT/PSS aqueous dispersion (containing a polymer containing 3,4-ethylenedioxythiophene as a constituent monomer and polystyrene sulfonic acid) (manufactured by Heraeus: Clevios PH500). Degree of vacuum: 20 mmHg) and dried at 150° C. for 30 minutes to form a solid electrolyte layer on the surface of the dielectric layer.
Subsequently, the electrolytes for hybrid capacitors of Examples and Comparative Examples shown in Table 2 were impregnated in vacuum at 50° C. for 1 minute (degree of vacuum: 20 mmHg).
Finally, the capacitor element having a solid electrolyte layer and impregnated with an electrolytic solution was housed in a case and caulked to obtain hybrid electrolytic capacitors of Examples and Comparative Examples.
実施例及び比較例で得たハイブリッド型電解コンデンサについて、高温試験前(初期)の「コンデンサ耐電圧」、「エージング後の膨れ」、「ESR」及び「容量」を下記方法で評価した。結果を表4に示す。
<コンデンサ耐電圧>
85℃にて定電圧・定電流直流電源装置[(株)高砂製作所製、GP0650-05R]を用いて定電流法(2mA)による負荷をかけ、電圧を測定した。横軸に時間を、縦軸に電圧をプロットし、時間経過に伴う電圧の上昇カーブを観測し、初めにスパーク、シンチレーションによる上昇カーブの乱れ又はコンデンサの開弁が生じた時点での電圧をコンデンサ耐電圧(V)とした。
<エージング後の膨れ>
85℃にて定電圧・定電流直流電源装置[(株)高砂製作所製、GP0650-05R]を用いて定電流法(2mA)による負荷をかけ、35Vまでエージングを行い、下記のように評価を行った。
〇・・・エージング時に膨れなし。
△・・・エージング時に膨れがあるものの開弁までは至らない。
×・・・エージング時にコンデンサが開弁する。
<ESR>
ハイブリッド型電解コンデンサについて、100kHzにおけるESR値を、LCRメーター(日置電機製LCRハイテスタ3532-50)を用いて測定した。
ESR値が低い程、動作の安定性に優れるコンデンサであることを示す。
<容量>
ハイブリッド型電解コンデンサについて、120Hzにおける容量を、LCRメーター(日置電機製LCRハイテスタ3532-50)を用いて測定した。
<高温試験後の評価>
ハイブリッド型コンデンサを125℃、500時間、恒温槽に放置した後に、初期評価と同様の評価を行った。高温試験後の静電容量を初期の静電容量で除して100をかけて静電容量維持率を求めた。高温試験後のESR値を初期のESR値で除して100をかけてESR維持率を求めた。
The hybrid electrolytic capacitors obtained in Examples and Comparative Examples were evaluated for "capacitor withstand voltage" before high temperature test (initial stage), "swelling after aging", "ESR", and "capacity" using the following methods. The results are shown in Table 4.
<Capacitor withstand voltage>
At 85° C., a load was applied using a constant current method (2 mA) using a constant voltage/constant current DC power supply device [manufactured by Takasago Seisakusho Co., Ltd., GP0650-05R], and the voltage was measured. Plot time on the horizontal axis and voltage on the vertical axis, observe the voltage rise curve over time, and measure the voltage at the moment when the rise curve is first disturbed by sparks or scintillation or the capacitor opens. It was defined as withstand voltage (V).
<Bulging after aging>
A constant voltage/constant current DC power supply [manufactured by Takasago Seisakusho Co., Ltd., GP0650-05R] was used to apply a load using the constant current method (2 mA) at 85°C, aging was performed to 35 V, and the evaluation was performed as follows. went.
〇...No swelling during aging.
△...There is swelling during aging, but the valve does not open.
×...The capacitor opens during aging.
<ESR>
For the hybrid electrolytic capacitor, the ESR value at 100 kHz was measured using an LCR meter (LCR High Tester 3532-50 manufactured by Hioki Electric Co., Ltd.).
The lower the ESR value, the more stable the operation of the capacitor.
<Capacity>
The capacitance of the hybrid electrolytic capacitor at 120 Hz was measured using an LCR meter (LCR High Tester 3532-50 manufactured by Hioki Electric Co., Ltd.).
<Evaluation after high temperature test>
After the hybrid capacitor was left in a constant temperature bath at 125° C. for 500 hours, it was evaluated in the same way as the initial evaluation. The capacitance retention rate was determined by dividing the capacitance after the high temperature test by the initial capacitance and multiplying by 100. The ESR retention rate was determined by dividing the ESR value after the high temperature test by the initial ESR value and multiplying by 100.
本発明の実施例のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液を用いたハイブリッド型電解コンデンサは、初期特性も良好であり、高温試験後でも良好な結果となった。
一方、比較例1は芳香族カルボン酸(B)が含まれないため、化成性が悪く昇圧時間が伸びて、電解液の発熱やそれに伴う電解液成分の蒸発や副反応によるコンデンサの開弁が生じて耐電圧は低くなった。また、比較例2は比率(A/B)が小さく耐電圧が低くなった。比較例3はカルボン酸(A1)又は(A2)が含まれないため、導電性高分子の劣化を抑制できず、高温試験後にESRの上昇及び静電容量の低下が大きかった。比較例4はカルボン酸(A1)又は(A2)と芳香族カルボン酸(B)とが含まれないため、高温試験後にESRの上昇及び静電容量の低下が大きかった。
A hybrid electrolytic capacitor using the electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor according to an example of the present invention had good initial characteristics and good results even after a high temperature test.
On the other hand, since Comparative Example 1 does not contain aromatic carboxylic acid (B), the chemical formation property is poor and the pressure increase time is extended, and the opening of the capacitor due to heat generation of the electrolyte, evaporation of electrolyte components, and side reactions occurs. As a result, the withstand voltage became lower. Furthermore, Comparative Example 2 had a small ratio (A/B) and a low withstand voltage. Since Comparative Example 3 does not contain carboxylic acid (A1) or (A2), deterioration of the conductive polymer could not be suppressed, and the ESR increased and the capacitance decreased significantly after the high temperature test. Since Comparative Example 4 did not contain carboxylic acid (A1) or (A2) and aromatic carboxylic acid (B), the ESR increased significantly and the capacitance decreased significantly after the high temperature test.
本発明のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液を用いたハイブリッド型電解コンデンサは、高温環境下でESRの上昇を抑制するため、大電流化に対応した電気製品及び電子製品の部品として好適に使用できる。
本発明のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液は、外気温の影響を受け、かつ、駆動時に高温になりやすいノートパソコン等のモバイル用途、特に車載用途のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液として好適である。
A hybrid electrolytic capacitor using the electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor of the present invention suppresses an increase in ESR in a high-temperature environment, so it can be suitably used as a component of electrical products and electronic products that can handle large currents.
The electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor of the present invention is suitable as an electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor for mobile applications such as notebook computers that are affected by the outside temperature and tend to reach high temperatures when driven, and particularly for in-vehicle applications.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (2)
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