JP2024045918A - Electrolyte for hybrid capacitor and hybrid capacitor - Google Patents
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Abstract
【課題】高い熱安定性及び誘電体酸化皮膜修復性を有するハイブリッドコンデンサ用電解液を提供する。さらに、該ハイブリッドコンデンサ用電解液を使用し、静電容量や誘電正接(tanδ)、等価直列抵抗(ESR)、漏れ電流及び耐電圧特性を維持しつつ、耐熱特性に優れたハイブリッドコンデンサを提供する。【解決手段】少なくとも一つがフェニル基又はベンジル基で置換されたリン酸化合物を電解質として有するハイブリッドコンデンサ用電解液。陽極電極箔と陰極電極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に、導電性高分子からなる固体電解質層が形成されており、該固体電解質層が形成されたコンデンサ素子内の空隙部に、該コンデンサ用電解液を充填させたことを特徴とするハイブリッドコンデンサ。【選択図】なし[Problem] To provide an electrolyte for hybrid capacitors that has high thermal stability and dielectric oxide film repair properties. Furthermore, by using the electrolyte for hybrid capacitors, to provide a hybrid capacitor that has excellent heat resistance while maintaining the electrostatic capacitance, dielectric dissipation factor (tan δ), equivalent series resistance (ESR), leakage current and voltage resistance properties. [Solution] An electrolyte for hybrid capacitors that contains as an electrolyte a phosphoric acid compound at least one of which is substituted with a phenyl group or a benzyl group. A hybrid capacitor characterized in that a solid electrolyte layer made of a conductive polymer is formed on a capacitor element formed by winding an anode electrode foil and a cathode electrode foil with a separator between them, and the capacitor electrolyte is filled into the voids in the capacitor element on which the solid electrolyte layer is formed. [Selected Figure] None
Description
本発明は、ハイブリッドコンデンサ用電解液とそれを用いたハイブリッドコンデンサに関し、詳しくは、固体電解質として導電性高分子層を有し、該固体電解質層を具備するコンデンサ素子内の空隙部に電解液を充填させた導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサに関する。 The present invention relates to an electrolytic solution for a hybrid capacitor and a hybrid capacitor using the same, and more particularly, the present invention relates to an electrolytic solution for a hybrid capacitor and a hybrid capacitor using the same. This invention relates to a filled conductive polymer hybrid aluminum electrolytic capacitor.
ハイブリッドコンデンサは、一般的にアルミニウム等の弁作用金属表面に陽極酸化処理等によって絶縁性の酸化皮膜を誘電体として形成したものを陽極電極とし、この陽極電極に対向させて陰極電極を配置し、陽極電極と陰極電極との間にセパレータを介して巻回したコンデンサ素子が用いられている。該コンデンサ素子に導電性高分子を含む固体電解質層を形成し、その後、有底筒状の外装ケースに収納し、コンデンサ素子内の空隙部に電解液を充填させ、ハイブリッドコンデンサを完成する。 Hybrid capacitors generally use an anode electrode made of an insulating oxide film formed as a dielectric on the surface of a valve metal such as aluminum by anodizing or other methods, a cathode electrode placed opposite the anode electrode, and a capacitor element wound with a separator between the anode electrode and the cathode electrode. A solid electrolyte layer containing a conductive polymer is formed on the capacitor element, which is then housed in a cylindrical exterior case with a bottom, and the voids in the capacitor element are filled with electrolyte to complete the hybrid capacitor.
特許文献1に、コンデンサ素子に充填する電解液の溶質としてボロジサリチル酸塩等の無機酸と有機酸との複合化合物の塩を用いることで、高温でのESR特性が良好になるハイブリッドコンデンサが開示されている。しかし、ハイブリッドコンデンサに要求される他の特性、静電容量や誘電正接(tanδ)あるいは漏れ電流、耐電圧の特性の面で不十分である。また、得られるハイブリッドコンデンサの耐熱性の面においても不十分であるという課題がある。 Patent Document 1 discloses a hybrid capacitor that has good ESR characteristics at high temperatures by using a salt of a complex compound of an inorganic acid and an organic acid, such as borodisalicylate, as a solute in an electrolytic solution filled in a capacitor element. has been done. However, it is insufficient in other characteristics required of a hybrid capacitor, such as capacitance, dielectric loss tangent (tan δ), leakage current, and withstand voltage. Further, there is a problem that the resulting hybrid capacitor has insufficient heat resistance.
特許文献2には、電解コンデンサ用電解液に関し、高い比電導度を維持しつつ、火花電圧の高い電解液として、アルキルリン酸エステルアニオンとカチオンとから構成される電解質を使用する電解液が開示されている。しかし、ハイブリッドコンデンサに適用した場合、耐熱性が不十分であることが本発明者等の検討により判明した。 Regarding an electrolytic solution for an electrolytic capacitor, Patent Document 2 discloses an electrolytic solution that uses an electrolyte composed of an alkyl phosphate ester anion and a cation as an electrolytic solution that maintains high specific conductivity and has a high spark voltage. has been done. However, studies by the present inventors have revealed that the heat resistance is insufficient when applied to a hybrid capacitor.
本発明の目的は、耐熱性に優れたハイブリッドコンデンサ及びそのようなハイブリッドコンデンサの製造に資するハイブリッドコンデンサ用電解液を提供することである。 An object of the present invention is to provide a hybrid capacitor with excellent heat resistance and an electrolytic solution for a hybrid capacitor that contributes to the manufacture of such a hybrid capacitor.
本発明者らは、誘電体酸化皮膜を有する弁作用金属箔と対向陰極箔とがセパレータを介して巻回されてなるコンデンサ素子を有し、該コンデンサ素子に、導電性高分子からなる固体電解質層を形成後、電解液と共に前記コンデンサ素子を収納した外装ケースからなるハイブリッドコンデンサにおいて、電解液として、以下に示す電解質を含むハイブリッドコンデンサが上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have a capacitor element in which a valve metal foil having a dielectric oxide film and a counter cathode foil are wound with a separator in between, and a solid electrolyte made of a conductive polymer is attached to the capacitor element. In a hybrid capacitor consisting of an exterior case that houses the capacitor element together with an electrolytic solution after forming a layer, the inventors have discovered that the above problems can be solved by a hybrid capacitor containing the following electrolytes as the electrolytic solution, and have completed the present invention. Ta.
すなわち、本発明は以下(1)~(4)に示すものである。 That is, the present invention is as shown in (1) to (4) below.
(1):下記一般式(1)で示されるカチオンと、下記一般式(2)~(4)で示される群から選ばれる少なくとも一つのアニオンとから構成される電解質を含有することを特徴とするハイブリッドコンデンサ用電解液である。 (1): It is characterized by containing an electrolyte composed of a cation represented by the following general formula (1) and at least one anion selected from the group represented by the following general formulas (2) to (4). This is an electrolyte for hybrid capacitors.
上式(1)中、R1~R4は、それぞれ同一でも異なっていてもよい、水素、水酸基、炭素数1~8のアルキル基、炭素数1~8のアルコキシ基を示し、R1~R4は連結して炭素数2~6のアルキレン基を形成しても良い。 In the above formula (1), R 1 to R 4 each represent hydrogen, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, and each of R 1 to R 4 may be the same or different. R 4 may be linked to form an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms.
上式(2)中、R5、R6は、それぞれ同一でも異なっていてもよい、水素、炭素数1~8のアルキル基、フェニル基又はベンジル基を示し、R5、R6の少なくとも1つはフェニル基又はベンジル基である。 In the above formula (2), R 5 and R 6 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a phenyl group, or a benzyl group, and at least one of R 5 and R 6 is a phenyl group or a benzyl group.
上式(3)中、R7、R8は、それぞれ同一でも異なっていてもよい、水素、炭素数1~8のアルキル基、フェニル基又はベンジル基を示し、R7、R8の少なくとも1つはフェニル基又はベンジル基である。 In the above formula (3), R 7 and R 8 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a phenyl group, or a benzyl group, and at least one of R 7 and R 8 is a phenyl group or a benzyl group.
上式(4)中、R9、R10は、それぞれ同一でも異なっていてもよい、水素、炭素数1~8のアルキル基、フェニル基又はベンジル基を示し、R9、R10の少なくとも1つはフェニル基又はベンジル基である。 In the above formula (4), R 9 and R 10 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a phenyl group, or a benzyl group, and at least one of R 9 and R 10 is a phenyl group or a benzyl group.
(2):上記カチオンが、アンモニウムカチオン、ジエチルアミンカチオン、ジメチルエチルアミンカチオン、ジエチルメチルアミンカチオン及びトリエチルアミンカチオンからなる群より選ばれた1種以上のカチオンであることを特徴とする上記(1)に記載のハイブリッドコンデンサ用電解液である。 (2): As described in (1) above, wherein the cation is one or more cations selected from the group consisting of ammonium cation, diethylamine cation, dimethylethylamine cation, diethylmethylamine cation, and triethylamine cation. This is an electrolyte for hybrid capacitors.
(3):上記アニオンが、リン酸フェニルアニオン、リン酸ジフェニルアニオン、リン酸ベンジルアニオン、リン酸フェニルベンジルアニオン及びリン酸ジベンジルアニオンからなる群より選ばれた1種以上のアニオンであることを特徴とする上記(1)に記載のハイブリッドコンデンサ用電解液である。 (3): The above anion is one or more anions selected from the group consisting of phenyl phosphate anion, diphenyl phosphate anion, benzyl phosphate anion, phenylbenzyl phosphate anion, and dibenzyl phosphate anion. The electrolytic solution for a hybrid capacitor as described in (1) above is characterized by:
(4):陽極電極箔と陰極電極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に、導電性高分子からなる固体電解質層が形成されており、該固体電解質層が形成されたコンデンサ素子内の空隙部に、上記(1)から(3)のいずれか一つに記載のハイブリッドコンデンサ用電解液を充填させたことを特徴とするハイブリッドコンデンサである。 (4): A solid electrolyte layer made of a conductive polymer is formed on a capacitor element in which an anode electrode foil and a cathode electrode foil are wound through a separator, and the solid electrolyte layer is formed inside the capacitor element. A hybrid capacitor characterized in that the void portion is filled with the electrolytic solution for a hybrid capacitor according to any one of (1) to (3) above.
本発明のハイブリッドコンデンサ用電解液は、高い熱安定性及び誘電体酸化皮膜修復性を有する。従って、該ハイブリッドコンデンサ用電解液を使用したハイブリッドコンデンサは、静電容量や誘電正接(tanδ)、等価直列抵抗(ESR)、漏れ電流及び耐電圧特性を維持しつつ、耐熱特性に優れたものとなる。 The hybrid capacitor electrolyte of the present invention has high thermal stability and dielectric oxide film repair properties. Therefore, a hybrid capacitor using this hybrid capacitor electrolyte has excellent heat resistance while maintaining the capacitance, dielectric tangent (tan δ), equivalent series resistance (ESR), leakage current, and voltage resistance characteristics.
まず、以下に本発明のハイブリッドコンデンサ用電解液について説明する。 First, the electrolyte for hybrid capacitors of the present invention will be described below.
<電解質>
本発明のハイブリッドコンデンサ用電解液に含有される電解質は、カチオン及びアニオンからなる塩で構成され、単独で用いても2種類以上混合して用いても良い。
<Electrolyte>
The electrolyte contained in the electrolyte for a hybrid capacitor of the present invention is composed of a salt consisting of a cation and an anion, and may be used alone or in a mixture of two or more types.
<カチオン>
上記カチオンとしては下記一般式(1)で示されるものである。
<Cation>
The above cation is represented by the following general formula (1).
上式(1)中、R1~R4は、それぞれ同一でも異なっていてもよい、水素、水酸基、炭素数1~8のアルキル基、炭素数1~8のアルコキシ基を示し、R1~R4は連結して炭素数2~6のアルキレン基を形成しても良い。 In the above formula (1), R 1 to R 4 each represent hydrogen, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, and each of R 1 to R 4 may be the same or different. R 4 may be linked to form an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms.
上式(1)で表されるカチオンの具体例としては、アンモニウムカチオン;テトラメチルアンモニウムカチオン、テトラエチルアンモニウムカチオン、テトラプロピルアンモニウムカチオン、テトライソプロピルアンモニウムカチオン、テトラブチルアンモニウムカチオン、トリメチルエチルアンモニウムカチオン、トリエチルメチルアンモニウムカチオン、ジメチルジエチルアンモニウムカチオン、ジメチルエチルメトキシアンモニウムカチオン、ジメチルエチルメトキシアンモニウムカチオン、ジメチルエチルエトキシアンモニウムカチオン、トリメチルプロピルアンモニウムカチオン、ジメチルエチルプロピルアンモニウムカチオン、トリエチルプロピルアンモニウムカチオン、スピロ-(1,1’)-ビピロリジニウムカチオン、ピペリジン-1-スピロ-1’-ピロリジニウムカチオン、スピロ-(1,1’)-ビピペリジニウムカチオン等の4級アンモニウムカチオン;トリメチルアミンカチオン、トリエチルアミンカチオン、トリプロピルアミンカチオン、トリイソプロピルアミンカチオン、トリブチルアミンカチオン、ジエチルメチルアミンカチオン、ジメチルエチルアミンカチオン、ジエチルメトキシアミンカチオン、ジメチルメトキシアミンカチオン、ジメチルエトキシアミンカチオン、ジエチルエトキシアミンカチオン、メチルエチルメトキシアミンカチオン、N-メチルピロリジンカチオン、N-エチルピロリジンカチオン、N-プロピルピロリジンカチオン、N-イソプロピルピロリジンカチオン、N-ブチルピロリジンカチオン、N-メチルピペリジンカチオン、N-エチルピペリジンカチオン、N-プロピルピペリジンカチオン、N-イソプロピルピペリジンカチオン、N-ブチルピペリジンカチオン等の3級アミンカチオン;ジメチルアミンカチオン、ジエチルアミンカチオン、ジイソプロピルアミンカチオン、ジプロピルアミンカチオン、ジブチルアミンカチオン、メチルエチルアミンカチオン、メチルプロピルアミンカチオン、メチルイソプロピルアミンカチオン、メチルブチルアミンカチオン、エチルイソプロピルアミンカチオン、エチルプロピルアミンカチオン、エチルブチルアミンカチオン、イソプロピルブチルアミンカチオン、ピロリジンカチオン等の2級アミンカチオン等が挙げられる。 Specific examples of the cation represented by the above formula (1) include quaternary ammonium cations such as ammonium cations, tetramethylammonium cation, tetraethylammonium cation, tetrapropylammonium cation, tetraisopropylammonium cation, tetrabutylammonium cation, trimethylethylammonium cation, triethylmethylammonium cation, dimethyldiethylammonium cation, dimethylethylmethoxyammonium cation, dimethylethylmethoxyammonium cation, dimethylethylethoxyammonium cation, trimethylpropylammonium cation, dimethylethylpropylammonium cation, triethylpropylammonium cation, spiro-(1,1')-bipyrrolidinium cation, piperidine-1-spiro-1'-pyrrolidinium cation, and spiro-(1,1')-bipiperidinium cation; trimethylamine cation, triethylamine cation, tripropylamine cation, triisopropylamine cation, tributylamine cation, and diethylmethylamine cation. Tertiary amine cations such as dimethylethylamine cation, diethylmethoxyamine cation, dimethylmethoxyamine cation, dimethylethoxyamine cation, diethylethoxyamine cation, methylethylmethoxyamine cation, N-methylpyrrolidine cation, N-ethylpyrrolidine cation, N-propylpyrrolidine cation, N-isopropylpyrrolidine cation, N-butylpyrrolidine cation, N-methylpiperidine cation, N-ethylpiperidine cation, N-propylpiperidine cation, N-isopropylpiperidine cation, and N-butylpiperidine cation; secondary amine cations such as dimethylamine cation, diethylamine cation, diisopropylamine cation, dipropylamine cation, dibutylamine cation, methylethylamine cation, methylpropylamine cation, methylisopropylamine cation, methylbutylamine cation, ethylisopropylamine cation, ethylpropylamine cation, ethylbutylamine cation, isopropylbutylamine cation, and pyrrolidine cation.
これらの中でも、耐熱性向上効果に優れることから、アンモニウムカチオン、ジエチルアミンカチオン、ジメチルエチルアミンカチオン、ジエチルメチルアミンカチオン、トリエチルアミンカチオンが好適に用いられる。 Among these, ammonium cation, diethylamine cation, dimethylethylamine cation, diethylmethylamine cation, and triethylamine cation are preferably used because of their excellent effect of improving heat resistance.
<アニオン>
上記アニオンとしては下記一般式(2)~(4)で示されるものである。
<Anion>
The anions mentioned above are those represented by the following general formulas (2) to (4).
上式(2)中、R5、R6は、それぞれ同一でも異なっていても良い、水素、炭素数1~8のアルキル基、フェニル基又はベンジル基を示し、R5、R6の少なくとも1つはフェニル基又はベンジル基である。 In the above formula (2), R 5 and R 6 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a phenyl group, or a benzyl group, and at least one of R 5 and R 6 is a phenyl group or a benzyl group.
上式(3)中、R7、R8は、それぞれ同一でも異なっていても良い、水素、炭素数1~8のアルキル基、フェニル基又はベンジル基を示し、R7、R8の少なくとも1つはフェニル基又はベンジル基である。 In the above formula (3), R 7 and R 8 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a phenyl group, or a benzyl group, and at least one of R 7 and R 8 is a phenyl group or a benzyl group.
上式(4)中、R9、R10は、それぞれ同一でも異なっていても良い、水素、炭素数1~8のアルキル基、フェニル基又はベンジル基を示し、R9、R10の少なくとも1つはフェニル基又はベンジル基である。 In the above formula (4), R 9 and R 10 each represent hydrogen, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a phenyl group, or a benzyl group, which may be the same or different, and at least one of R 9 and R 10 One is a phenyl group or a benzyl group.
上式(2)で表されるアニオンの具体例としては、フェニルホスフィン酸アニオン、メチルフェニルホスフィン酸アニオン、ジフェニルホスフィン酸アニオン、ベンジルホスフィン酸アニオン、メチルベンジルホスフィン酸アニオン、フェニルベンジルホスフィン酸アニオン、ジベンジルホスフィン酸アニオンが挙げられる。 Specific examples of the anion represented by the above formula (2) include phenylphosphinic acid anion, methylphenylphosphinic acid anion, diphenylphosphinic acid anion, benzylphosphinic acid anion, methylbenzylphosphinic acid anion, phenylbenzylphosphinic acid anion, and diphenylphosphinic acid anion. Examples include benzylphosphinic acid anion.
上式(3)で表されるアニオンの具体例としては、フェニルホスホン酸水素アニオン、メチルフェニルホスホン酸アニオン、ジフェニルホスホン酸アニオン、フェニルベンジルホスホン酸アニオン、ベンジルホスホン酸アニオン、メチルベンジルホスホン酸アニオン、ベンジルフェニルホスホン酸アニオン、ジベンジルホスホン酸アニオンが挙げられる。 Specific examples of the anion represented by the above formula (3) include phenylphosphonic acid hydrogen anion, methylphenylphosphonic acid anion, diphenylphosphonic acid anion, phenylbenzylphosphonic acid anion, benzylphosphonic acid anion, methylbenzylphosphonic acid anion, benzylphenylphosphonic acid anion, and dibenzylphosphonic acid anion.
上式(4)で表されるアニオンの具体例としては、リン酸フェニルアニオン、リン酸ジフェニルアニオン、リン酸ベンジルアニオン、リン酸フェニルベンジルアニオン、リン酸ジベンジルアニオン等が挙げられる。 Specific examples of the anion represented by the above formula (4) include phenyl phosphate anion, diphenyl phosphate anion, benzyl phosphate anion, phenylbenzyl phosphate anion, dibenzyl phosphate anion, and the like.
これらの中でも、耐熱性向上効果に優れることから、リン酸フェニルアニオン、リン酸ジフェニルアニオン、リン酸ベンジルアニオン、リン酸フェニルベンジルアニオン、リン酸ジベンジルアニオンが好適に用いられる。 Among these, phenyl phosphate anion, diphenyl phosphate anion, benzyl phosphate anion, phenylbenzyl phosphate anion, and dibenzyl phosphate anion are preferably used because of their excellent effect of improving heat resistance.
<有機溶媒>
本発明のハイブリッドコンデンサ用電解液は、有機溶媒を含んでも良く、有機溶媒はプロトン性極性溶媒又は非プロトン性極性溶媒を用いることができ、単独で用いても2種類以上混合して用いてもよい。
<Organic solvent>
The electrolytic solution for a hybrid capacitor of the present invention may contain an organic solvent, and the organic solvent may be a protic polar solvent or an aprotic polar solvent, and may be used alone or in a mixture of two or more types. good.
プロトン性極性溶媒としては、一価アルコール類(メタノール、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)、多価アルコール類及びオキシアルコール化合物類(エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メトキシプロピレングリコール、ジメトキシプロパノール等)が挙げられる。 Protic polar solvents include monohydric alcohols (methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, cyclobutanol, cyclopentanol, cyclohexanol, benzyl alcohol, etc.), polyhydric alcohols, and oxyalcohol compounds (ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, methoxypropylene glycol, dimethoxypropanol, etc.).
非プロトン性の極性溶媒としては、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、アミド系(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)、スルホラン系(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)、鎖状スルホン系(ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、エチルイソプロピルスルホン等)、環状アミド系(N-メチル-2-ピロリドン等)、カーボネイト類(エチレンカーボネイト、プロピレンカーボネイト、イソブチレンカーボネイト等)、ニトリル系(アセトニトリル等)、スルホキシド系(ジメチルスルホキシド等)、2-イミダゾリジノン系(1,3-ジアルキル-2-イミダゾリジノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、1,3-ジエチル-2-イミダゾリジノン、1,3-ジ(n-プロピル)-2-イミダゾリジノン、1,3,4-トリアルキル-2-イミダゾリジノン、1,3,4-トリメチル-2-イミダゾリジノン等)が挙げられる。 Aprotic polar solvents include γ-butyrolactone, γ-valerolactone, amides (N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, N-ethylformamide, N,N-diethylformamide, N-methylacetamide, N,N-dimethylacetamide, N-ethylacetamide, N,N-diethylacetamide, hexamethylphosphoric amide, etc.), sulfolanes (sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, etc.), chain sulfones (dimethylsulfone, ethylmethylsulfone, ethylisopropylsulfone, etc.), cyclic amines (dimethylsulfone, ethylmethylsulfone, ethylisopropylsulfone, etc.), and cyclic amines (dimethylsulfone, ethylmethylsulfone, ethylisopropylsulfone, etc.). These include amides (N-methyl-2-pyrrolidone, etc.), carbonates (ethylene carbonate, propylene carbonate, isobutylene carbonate, etc.), nitriles (acetonitrile, etc.), sulfoxides (dimethyl sulfoxide, etc.), and 2-imidazolidinones (1,3-dialkyl-2-imidazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1,3-diethyl-2-imidazolidinone, 1,3-di(n-propyl)-2-imidazolidinone, 1,3,4-trialkyl-2-imidazolidinone, 1,3,4-trimethyl-2-imidazolidinone, etc.).
ハイブリッドコンデンサに用いる場合には、主溶媒としてγ-ブチロラクトン又はエチレングリコール又はスルホランが好ましく挙げられる。また、ハイブリッドコンデンサ用電解液に含有する水分量は、特に限定されないが、0.01~20質量%が好ましく、0.1~10質量%がより好ましく挙げられる。該水分量にすることで、良好な耐熱特性を得ることができる。 When used in hybrid capacitors, the main solvent is preferably γ-butyrolactone, ethylene glycol, or sulfolane. The amount of water contained in the hybrid capacitor electrolyte is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 20% by mass, and more preferably 0.1 to 10% by mass. By adjusting the amount of water to this level, good heat resistance properties can be obtained.
上記電解質を上記有機溶媒に溶解することで本発明のハイブリッドコンデンサ用電解液を調整することができる。上記電解質の添加量は、0.1~50質量%が好ましく、1~15質量%がより好ましい。特に好ましくは3~10質量%である。50質量%を超えると耐熱特性が低下する場合がある。 The electrolytic solution for a hybrid capacitor of the present invention can be prepared by dissolving the electrolyte in the organic solvent. The amount of the electrolyte added is preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 1 to 15% by mass. Particularly preferred is 3 to 10% by mass. If it exceeds 50% by mass, heat resistance properties may deteriorate.
<添加剤>
本発明のハイブリッドコンデンサ用電解液には、本発明の効果を損なわない程度、態様において、添加剤を含有させてもよい。添加剤としては、リン酸ジブチル、リン酸トリブチル、亜リン酸ジブチル、亜リン酸トリブチル、リン酸アンモニウム等のリン酸化合物、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-ニトロフェノール等のニトロ化合物、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ホウ酸、マンニット、ホウ酸とマンニット、ソルビット等の錯化合物やホウ酸とエチレングリコール、グリセリン等の多価アルコールとの錯化合物等のホウ素化合物、アミン化合物、トリアゾールが挙げられる。
<Additives>
The electrolytic solution for a hybrid capacitor of the present invention may contain additives to the extent that the effects of the present invention are not impaired. As additives, phosphoric acid compounds such as dibutyl phosphate, tributyl phosphate, dibutyl phosphite, tributyl phosphite, ammonium phosphate, o-nitrobenzoic acid, m-nitrobenzoic acid, p-nitrobenzoic acid, Nitro compounds such as o-nitrophenol, m-nitrophenol, p-nitrophenol, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, boric acid, mannitol, boric acid and mannitol, complex compounds such as sorbitol, boric acid and ethylene glycol, glycerin Examples include boron compounds such as complex compounds with polyhydric alcohols, amine compounds, and triazoles.
<ハイブリッドコンデンサ>
次に、本発明のハイブリッドコンデンサについて説明する。
本発明のハイブリッドコンデンサは、誘電体酸化皮膜を有する陽極金属箔と対向陰極箔とがセパレータを介して巻回されてなるコンデンサ素子を有し、該コンデンサ素子に導電性高分子を含む固体電解質が形成されており、前記コンデンサ素子を前記ハイブリッドコンデンサ電解液と共に外装ケースに収納した構成を有するものである。
<Hybrid capacitor>
Next, the hybrid capacitor of the present invention will be explained.
The hybrid capacitor of the present invention has a capacitor element in which an anode metal foil having a dielectric oxide film and a counter cathode foil are wound with a separator in between, and the capacitor element has a solid electrolyte containing a conductive polymer. The capacitor element is housed in an exterior case along with the hybrid capacitor electrolyte.
<コンデンサ素子>
前記ハイブリッドコンデンサの製造方法を説明する。
陽極に用いる金属箔として、表面をエッチングし、粗面化処理を施したエッチドアルミニウム箔を用いることができる。該アルミニウム箔に、アジピン酸二アンモニウム水溶液等の化成処理液中にて、陽極酸化することにより陽極表面に誘電体酸化皮膜層を形成し、陽極にリード端子を取り付け、また、アルミニウム箔からなる対向陰極箔にリード端子を取り付け、それらのリード端子付き陽極と陰極とをセパレータを介して対向させ、巻回することによりコンデンサ素子を作製する。
<Capacitor element>
A method for producing the hybrid capacitor will now be described.
The metal foil used for the anode may be an etched aluminum foil whose surface has been etched and roughened. The aluminum foil is anodized in a chemical conversion treatment solution such as an aqueous solution of diammonium adipate to form a dielectric oxide film layer on the anode surface, a lead terminal is attached to the anode, and a lead terminal is attached to an opposing cathode foil made of aluminum foil. The anode and cathode with the lead terminals are then opposed to each other via a separator and wound to produce a capacitor element.
<固体電解質>
本発明のハイブリッドコンデンサは、前記コンデンサ素子に導電性高分子からなる固体電解質層が形成されたものを用いる。
固体電解質を形成する導電性高分子には、導電性高分子を溶媒に分散させた導電性高分子分散液、導電性高分子を溶解させた導電性高分子溶液、あるいは導電性高分子モノマーと酸化剤を用い、前記コンデンサ素子内にて化学酸化重合した導電性高分子を用いることができる。
<Solid electrolyte>
The hybrid capacitor of the present invention uses the above-mentioned capacitor element having a solid electrolyte layer made of a conductive polymer formed thereon.
The conductive polymer that forms the solid electrolyte can be a conductive polymer dispersion in which a conductive polymer is dispersed in a solvent, a conductive polymer solution in which a conductive polymer is dissolved, or a conductive polymer that is chemically oxidatively polymerized within the capacitor element using a conductive polymer monomer and an oxidizing agent.
<導電性高分子分散液>
上述の導電性高分子分散液は、ドーパント成分をドープしたポリチオフェン誘導体と、分散媒と、を少なくとも含有する導電性高分子分散液を用いることができる。
<Conductive polymer dispersion>
As the conductive polymer dispersion described above, a conductive polymer dispersion containing at least a polythiophene derivative doped with a dopant component and a dispersion medium can be used.
ポリチオフェン誘導体は、チオフェン誘導体モノマーを重合したものを用いることができる。該チオフェン誘導体モノマーとして具体的には、3,4-エチレンジオキシチオフェン、メチル-3,4-エチレンジオキシチオフェン、エチル-3,4-エチレンジオキシチオフェン、プロピル-3,4-エチレンジオキシチオフェン、3,4-プロピレンジオキシチオフェン、メチル-3,4-プロピレンジオキシチオフェン、エチル-3,4-プロピレンジオキシチオフェン、プロピル-3,4-プロピレンジオキシチオフェン、3,4-エチレンジチアチオフェン、メチル-3,4-エチレンジチアチオフェン、エチル-3,4-エチレンジチアチオフェン、プロピル-3,4-エチレンジチアチオフェン、3,4-プロピレンジチアチオフェン、メチル-3,4-プロピレンジチアチオフェン、エチル-3,4-プロピレンジチアチオフェン、プロピル-3,4-プロピレンジチアチオフェン等が挙げられる。 The polythiophene derivative can be a polymer of a thiophene derivative monomer. Specific examples of the thiophene derivative monomer include 3,4-ethylenedioxythiophene, methyl-3,4-ethylenedioxythiophene, ethyl-3,4-ethylenedioxythiophene, propyl-3,4-ethylenedioxythiophene, 3,4-propylenedioxythiophene, methyl-3,4-propylenedioxythiophene, ethyl-3,4-propylenedioxythiophene, propyl-3,4-propylenedioxythiophene, 3,4-ethylenedithiathiophene, methyl-3,4-ethylenedithiathiophene, ethyl-3,4-ethylenedithiathiophene, propyl-3,4-ethylenedithiathiophene, 3,4-propylenedithiathiophene, methyl-3,4-propylenedithiathiophene, ethyl-3,4-propylenedithiathiophene, and propyl-3,4-propylenedithiathiophene.
これらの中でも、より分散性に優れる導電性高分子分散液を得ることができ、電気特性に優れる点より、3,4-エチレンジオキシチオフェン、メチル-3,4-エチレンジオキシチオフェン、エチル-3,4-エチレンジオキシチオフェンが特に好ましく挙げられる。 Among these, 3,4-ethylenedioxythiophene, methyl-3,4-ethylenedioxythiophene, ethyl- Particularly preferred is 3,4-ethylenedioxythiophene.
ドーパント成分として、具体的には、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリアクリル酸エチルスルホン酸、ポリアクリル酸ブチルスルホン酸、ポリアクリルスルホン酸、ポリメタクリルスルホン酸、ポリ(2-アクリルアミド-2-メチルスルホン酸)、ポリイソプレンスルホン酸、ポリビニルカルボン酸、ポリスチレンカルボン酸、ポリアリルカルボン酸、ポリアクリルスルホン酸、ポリメタクリルカルボン酸、ポリ(2-アクリルアミド-2-メチルカルボン酸)、ポリイソプレンカルボン酸、パラトルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、メチルナフタレンスルホン酸、ブチルナフタレンスルホン酸等が挙げられる。これらは単独であっても、2種類以上の混合物であってもよい。
これらの中でも、ポリスチレンスルホン酸が特に好ましく挙げられる。
Specific examples of the dopant component include polyvinyl sulfonic acid, polystyrene sulfonic acid, polyallyl sulfonic acid, polyethyl acrylate sulfonic acid, polybutyl acrylate sulfonic acid, polyacryl sulfonic acid, polymethacrylic sulfonic acid, poly(2-acrylamide-2-methyl sulfonic acid), polyisoprene sulfonic acid, polyvinyl carboxylic acid, polystyrene carboxylic acid, polyallyl carboxylic acid, polyacryl sulfonic acid, polymethacrylic carboxylic acid, poly(2-acrylamide-2-methyl carboxylic acid), polyisoprene carboxylic acid, paratoluene sulfonic acid, xylene sulfonic acid, methylnaphthalene sulfonic acid, butylnaphthalene sulfonic acid, etc. These may be used alone or in a mixture of two or more kinds.
Among these, polystyrene sulfonic acid is particularly preferred.
ドーパント成分がドープしたチオフェン誘導体として、特に好ましくは、ポリスチレンスルホン酸ドープのポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)、ポリスチレンスルホン酸ドープのポリ(メチル-3,4-エチレンジオキシチオフェン)、ポリスチレンスルホン酸ドープのポリ(エチル-3,4-エチレンジオキシチオフェン)が挙げられる。 Particularly preferred examples of thiophene derivatives doped with a dopant component include poly(3,4-ethylenedioxythiophene) doped with polystyrene sulfonic acid, poly(methyl-3,4-ethylenedioxythiophene) doped with polystyrene sulfonic acid, and poly(ethyl-3,4-ethylenedioxythiophene) doped with polystyrene sulfonic acid.
上記分散媒としては、水又は有機溶媒を用いることができる。 The dispersion medium may be water or an organic solvent.
<化学酸化重合>
本発明に用いることができる化学酸化重合による導電性高分子は、前述のチオフェン誘導体モノマーを、酸化剤及びドーパントの存在下で化学酸化重合することによって得ることができる。化学酸化重合のための酸化剤は例えばパラトルエンスルホン酸鉄(III)塩等の公知の酸化剤を用いることができる。
<Chemical oxidation polymerization>
The conductive polymer obtained by chemical oxidative polymerization that can be used in the present invention can be obtained by chemically oxidatively polymerizing the aforementioned thiophene derivative monomer in the presence of an oxidizing agent and a dopant. As the oxidizing agent for chemical oxidative polymerization, a known oxidizing agent such as para-toluenesulfonic acid iron(III) salt can be used.
前記ドーパントとして、導電性高分子への化学酸化ドープが起こりうる官能基等を有しているものが使用でき、例えば、ヨウ素、臭素、塩素等のハロゲンイオン、ヘキサフルオロリン、ヘキサフルオロヒ素、ヘキサフルオロアンチモン、テトラフルオロホウ素、過塩素酸等のハロゲン化物イオン、又はメタンスルホン酸、ドデシルスルホン酸等のアルキル置換有機スルホン酸イオン、カンファースルホン酸イオン等の環状スルホン酸イオン、又はベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸等のアルキル置換もしくは無置換のベンゼンモノもしくはジスルホン酸イオン、2-ナフタレンスルホン酸、1,7-ナフタレンジスルホン酸等のスルホン酸基を1~4個置換したナフタレンスルホン酸のアルキル置換もしくは無置換イオン、アントラセンスルホン酸イオン、アントラキノンスルホン酸イオン、アルキルビフェニルスルホン酸、ビフェニルジスルホン酸等のアルキル置換もしくは無置換のビフェニルスルホン酸イオン、ポリスチレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合体等の高分子スルホン酸イオン等、またはモリブドリン酸、タングストリン酸、タングストモリブドリン酸等のヘテロポリ酸イオン、メトキシベンゼンスルホン酸、エトキシベンゼンスルホン酸、キシレンスルホン酸が挙げられる。これらの中でも、ポリスチレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、メトキシベンゼンスルホン酸、エトキシベンゼンスルホン酸、キシレンスルホン酸から選ばれる少なくとも一種がより好ましく挙げられ、パラトルエンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸が特に好ましく挙げられる。 As the dopant, those having functional groups that can cause chemical oxidative doping to the conductive polymer can be used, for example, halogen ions such as iodine, bromine, and chlorine, halide ions such as hexafluorophosphorus, hexafluoroarsenic, hexafluoroantimony, tetrafluoroboron, and perchloric acid, alkyl-substituted organic sulfonate ions such as methanesulfonic acid and dodecylsulfonic acid, cyclic sulfonate ions such as camphorsulfonic acid ions, and alkyl-substituted or unsubstituted benzene mono- or disulfonate ions such as benzenesulfonic acid, paratoluenesulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid, polystyrenesulfonic acid, and benzenedisulfonic acid. , alkyl-substituted or unsubstituted ions of naphthalenesulfonic acid with 1 to 4 sulfonic acid groups such as 2-naphthalenesulfonic acid and 1,7-naphthalenedisulfonic acid, anthracenesulfonic acid ions, anthraquinonesulfonic acid ions, alkyl-substituted or unsubstituted biphenylsulfonic acid ions such as alkylbiphenylsulfonic acid and biphenyldisulfonic acid, polymeric sulfonic acid ions such as polystyrenesulfonic acid and naphthalenesulfonic acid-formaldehyde condensates, heteropolyacid ions such as molybdophosphoric acid, tungstophosphoric acid, and tungstomolybdophosphoric acid, methoxybenzenesulfonic acid, ethoxybenzenesulfonic acid, and xylenesulfonic acid. Among these, at least one selected from polystyrenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, paratoluenesulfonic acid, polystyrenesulfonic acid, methoxybenzenesulfonic acid, ethoxybenzenesulfonic acid, and xylenesulfonic acid is more preferably mentioned, and paratoluenesulfonic acid and polystyrenesulfonic acid are particularly preferably mentioned.
<ハイブリッドコンデンサ>
ハイブリッドコンデンサの製造方法を以下に詳細に説明する。
<Hybrid Capacitor>
The method for manufacturing the hybrid capacitor is described in detail below.
前述の通り、誘電体酸化皮膜が形成された陽極金属箔と対向陰極箔とがセパレータを介して巻回されてなるコンデンサ素子を作製する。
導電性高分子分散液を前記コンデンサ素子に接触させた後、乾燥させることで、導電性高分子からなる固体電解質層を素子内に形成することができる。接触させる方法は、任意の方法でよいが、浸漬させる方法が好ましく挙げられる。次に、固体電解質層を形成させたコンデンサ素子を、電解液と共に有底筒状の金属ケースに収納し、開口端部を封口することでハイブリッドコンデンサを作製することができる。
As described above, a capacitor element is manufactured by winding an anode metal foil on which a dielectric oxide film is formed and a counter cathode foil with a separator in between.
By bringing the conductive polymer dispersion into contact with the capacitor element and then drying it, a solid electrolyte layer made of the conductive polymer can be formed within the element. The contacting method may be any method, but a method of immersion is preferred. Next, the capacitor element with the solid electrolyte layer formed thereon is housed together with an electrolyte in a bottomed cylindrical metal case, and the open end is sealed, thereby producing a hybrid capacitor.
化学酸化重合による導電性高分子を用いる場合は、チオフェン誘導体モノマー及び酸化剤及びドーパント溶液を前記コンデンサ素子内にて接触させることで化学酸化重合による導電性高分子を形成することができる。次に、固体電解質層を形成させたコンデンサ素子を、電解液と共に有底筒状の金属ケースに収納し、開口端部を封口することでハイブリッドコンデンサを作製することができる。 When using a conductive polymer produced by chemical oxidation polymerization, the conductive polymer produced by chemical oxidation polymerization can be formed by bringing a thiophene derivative monomer, an oxidizing agent, and a dopant solution into contact within the capacitor element. Next, the capacitor element with the solid electrolyte layer formed thereon is housed together with an electrolyte in a bottomed cylindrical metal case, and the open end is sealed, thereby producing a hybrid capacitor.
以下、本発明を実施例等に基づき説明する。なお、本発明は、本実施例等により、なんら限定されるものではない。 The present invention will be described below based on examples. Note that the present invention is not limited in any way by these examples.
<電解液の調製>
(実施例1)
アセトニトリル56質量部中に、トリエチルアミン14質量部及びジフェニルホスフィン酸30質量部を溶解させ、80℃で3時間加熱した後、エバポレーターにて80℃、圧力15Torr以下の減圧下で、溶媒を留去した。得られた電解質(トリエチルアミン-ジフェニルホスフィン酸)を、エチレングリコールに5質量%となるように溶解し電解液を調製した。
<Preparation of Electrolyte Solution>
Example 1
14 parts by mass of triethylamine and 30 parts by mass of diphenylphosphinic acid were dissolved in 56 parts by mass of acetonitrile, and the mixture was heated at 80° C. for 3 hours, and then the solvent was distilled off in an evaporator at 80° C. under a reduced pressure of 15 Torr or less. The obtained electrolyte (triethylamine-diphenylphosphinic acid) was dissolved in ethylene glycol to a concentration of 5% by mass to prepare an electrolytic solution.
(実施例2)
アセトニトリル54質量部中に、トリエチルアミン13質量部及びベンジルフェニルホスホン酸33質量部を溶解させ、80℃で3時間加熱した後、エバポレーターにて80℃、圧力15Torr以下の減圧下で、溶媒を留去した。得られた電解質(トリエチルアミン-ベンジルフェニルホスフィン酸)を、エチレングリコールに5質量%となるように溶解し電解液を調製した。
Example 2
13 parts by mass of triethylamine and 33 parts by mass of benzylphenylphosphonic acid were dissolved in 54 parts by mass of acetonitrile, and the mixture was heated at 80° C. for 3 hours, and then the solvent was distilled off in an evaporator at 80° C. under a reduced pressure of 15 Torr or less. The obtained electrolyte (triethylamine-benzylphenylphosphinic acid) was dissolved in ethylene glycol to a concentration of 5% by mass to prepare an electrolytic solution.
(実施例3)
アセトニトリル60質量部中に、トリエチルアミン15質量部及びリン酸フェニル60質量部を溶解させ、80℃で3時間加熱した後、エバポレーターにて80℃、圧力15Torr以下の減圧下で、溶媒を留去した。得られた電解質(トリエチルアミン-リン酸フェニル)を、エチレングリコールに5質量%となるように溶解し電解液を調製した。
Example 3
15 parts by mass of triethylamine and 60 parts by mass of phenyl phosphate were dissolved in 60 parts by mass of acetonitrile, and the mixture was heated at 80° C. for 3 hours, and then the solvent was distilled off in an evaporator at 80° C. under a reduced pressure of 15 Torr or less. The obtained electrolyte (triethylamine-phenyl phosphate) was dissolved in ethylene glycol to a concentration of 5% by mass to prepare an electrolytic solution.
(実施例4)
アセトニトリル20質量部中に、アンモニウム5質量部及びリン酸ジフェニル75質量部を溶解させ、80℃で3時間加熱した後、エバポレーターにて80℃、圧力15Torr以下の減圧下で、溶媒を留去した。得られた電解質(リン酸ジフェニル-アンモニウム)を、エチレングリコールに5質量%となるように溶解し電解液を調製した。
(Example 4)
5 parts by mass of ammonium and 75 parts by mass of diphenyl phosphate were dissolved in 20 parts by mass of acetonitrile, heated at 80°C for 3 hours, and then the solvent was distilled off using an evaporator at 80°C under reduced pressure of 15 Torr or less. . The obtained electrolyte (diphenyl-ammonium phosphate) was dissolved in ethylene glycol to a concentration of 5% by mass to prepare an electrolytic solution.
(実施例5)
アセトニトリル48質量部中に、ジエチルアミン12質量部及びリン酸ジフェニル41質量部を溶解させ、80℃で3時間加熱した後、エバポレーターにて80℃、圧力15Torr以下の減圧下で、溶媒を留去した。得られた電解質(ジエチルアミン-リン酸ジフェニル)を、エチレングリコールに5質量%となるように溶解し電解液を調製した。
Example 5
12 parts by mass of diethylamine and 41 parts by mass of diphenyl phosphate were dissolved in 48 parts by mass of acetonitrile, and the mixture was heated at 80° C. for 3 hours, and then the solvent was distilled off in an evaporator at 80° C. under a reduced pressure of 15 Torr or less. The obtained electrolyte (diethylamine-diphenyl phosphate) was dissolved in ethylene glycol to a concentration of 5% by mass to prepare an electrolytic solution.
(実施例6)
アセトニトリル54質量部中に、トリエチルアミン13質量部及びリン酸ジフェニル33質量部を溶解させ、80℃で3時間加熱した後、エバポレーターにて80℃、圧力15Torr以下の減圧下で、溶媒を留去した。得られた電解質(トリエチルアミン-リン酸ジフェニル)を、エチレングリコールに5質量%となるように溶解し電解液を調製した。
Example 6
13 parts by mass of triethylamine and 33 parts by mass of diphenyl phosphate were dissolved in 54 parts by mass of acetonitrile, and the mixture was heated at 80° C. for 3 hours, and then the solvent was distilled off in an evaporator at 80° C. under a reduced pressure of 15 Torr or less. The obtained electrolyte (triethylamine-diphenyl phosphate) was dissolved in ethylene glycol to a concentration of 5% by mass to prepare an electrolytic solution.
(実施例7)
アセトニトリル60質量部中に、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド15質量部及びリン酸ジフェニル25質量部を溶解させ、80℃で3時間加熱した後、エバポレーターにて80℃、圧力15Torr以下の減圧下で、溶媒を留去した。得られた電解質(テトラエチルアンモニウム-リン酸ジフェニル)を、エチレングリコールに5質量%となるように溶解し電解液を調製した。
(Example 7)
15 parts by mass of tetraethylammonium hydroxide and 25 parts by mass of diphenyl phosphate were dissolved in 60 parts by mass of acetonitrile, and after heating at 80°C for 3 hours, the solvent was removed using an evaporator at 80°C under reduced pressure of 15 Torr or less. Distilled away. The obtained electrolyte (tetraethylammonium-diphenyl phosphate) was dissolved in ethylene glycol to a concentration of 5% by mass to prepare an electrolytic solution.
(実施例8)
アセトニトリル60質量部中に、トリエチルアミン15質量部及びリン酸ベンジル25質量部を溶解させ、80℃で3時間加熱した後、エバポレーターにて80℃、圧力15Torr以下の減圧下で、溶媒を留去した。得られた電解質(トリエチルアミン-リン酸ベンジル)を、エチレングリコールに5質量%となるように溶解し電解液を調製した。
(Example 8)
15 parts by mass of triethylamine and 25 parts by mass of benzyl phosphate were dissolved in 60 parts by mass of acetonitrile, and the mixture was heated at 80° C. for 3 hours, and then the solvent was distilled off in an evaporator at 80° C. under a reduced pressure of 15 Torr or less. The obtained electrolyte (triethylamine-benzyl phosphate) was dissolved in ethylene glycol to a concentration of 5% by mass to prepare an electrolytic solution.
(実施例9)
アセトニトリル54質量部中に、トリエチルアミン13質量部及びリン酸フェニルベンジル33質量部を溶解させ、80℃で3時間加熱した後、エバポレーターにて80℃、圧力15Torr以下の減圧下で、溶媒を留去した。得られた電解質(トリエチルアミン-リン酸フェニルベンジル)を、エチレングリコールに5質量%となるように溶解し電解液を調製した。
(Example 9)
13 parts by mass of triethylamine and 33 parts by mass of phenylbenzyl phosphate were dissolved in 54 parts by mass of acetonitrile, heated at 80°C for 3 hours, and then the solvent was distilled off using an evaporator at 80°C under reduced pressure of 15 Torr or less. did. The obtained electrolyte (triethylamine-phenylbenzyl phosphate) was dissolved in ethylene glycol to a concentration of 5% by mass to prepare an electrolytic solution.
(実施例10)
アセトニトリル52質量部中に、トリエチルアミン13質量部及びリン酸ジベンジル35質量部を溶解させ、80℃で3時間加熱した後、エバポレーターにて80℃、圧力15Torr以下の減圧下で、溶媒を留去した。得られた電解質(トリエチルアミン-リン酸ジベンジル)を、エチレングリコールに5質量%となるように溶解し電解液を調製した。
(Example 10)
13 parts by mass of triethylamine and 35 parts by mass of dibenzyl phosphate were dissolved in 52 parts by mass of acetonitrile and heated at 80° C. for 3 hours, and then the solvent was distilled off in an evaporator at 80° C. under a reduced pressure of 15 Torr or less. The obtained electrolyte (triethylamine-dibenzyl phosphate) was dissolved in ethylene glycol to a concentration of 5% by mass to prepare an electrolyte solution.
(比較例1)
イオン交換樹脂にて1-エチル-3-メチルイミダゾリウムブロミドをイオン交換し、得られた20質量%1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヒドロキシド水溶液78質量部と、リン酸ジフェニル22質量部を混合し、80℃で3時間加熱した後、エバポレーターにて80℃、圧力15Torr以下の減圧下で、溶媒を留去した。得られた電解質(1-エチル-3-メチルイミダゾリウム-リン酸ジフェニル)を、エチレングリコールに5質量%となるように溶解し電解液を調製した。
(Comparative example 1)
1-ethyl-3-methylimidazolium bromide was ion-exchanged with an ion-exchange resin, and 78 parts by mass of the resulting 20% by mass 1-ethyl-3-methylimidazolium hydroxide aqueous solution and 22 parts by mass of diphenyl phosphate were added. After mixing and heating at 80° C. for 3 hours, the solvent was distilled off using an evaporator at 80° C. under reduced pressure of 15 Torr or less. The obtained electrolyte (1-ethyl-3-methylimidazolium-diphenyl phosphate) was dissolved in ethylene glycol to a concentration of 5% by mass to prepare an electrolytic solution.
(比較例2)
エチレングリコール95質量部に対して、トリエチルアミン2質量部及びリン酸ジブチル3質量部を加え、80℃で3時間加熱し、5質量%の電解質(トリエチルアミン-リン酸ジブチル)からなるエチレングリコール溶液を得た。
(Comparative example 2)
To 95 parts by mass of ethylene glycol, 2 parts by mass of triethylamine and 3 parts by mass of dibutyl phosphate were added and heated at 80°C for 3 hours to obtain an ethylene glycol solution consisting of 5% by mass of electrolyte (triethylamine-dibutyl phosphate). Ta.
<ハイブリッドコンデンサの作製>
まず、コンデンサ素子は陽極箔と、陰極箔とをセパレータを介して巻回して作製した。陽極箔、陰極箔には陽極タブ、陰極タブがそれぞれ接続されている。これらの陽極タブ、陰極タブは高純度のアルミニウムよりなり、それぞれの箔と接続する平坦部と平坦部と連続した丸棒部より構成され、丸棒部にはそれぞれ陽極リード線、陰極リード線が接続されている。なお、それぞれの箔と電極タブはステッチ法や超音波溶接等により機械的に接続されている。
<Production of hybrid capacitor>
First, a capacitor element was produced by winding an anode foil and a cathode foil with a separator in between. An anode tab and a cathode tab are connected to the anode foil and the cathode foil, respectively. These anode tabs and cathode tabs are made of high-purity aluminum and consist of a flat part that connects to each foil and a continuous round bar part.The round bar part has an anode lead wire and a cathode lead wire, respectively. It is connected. Note that each foil and electrode tab are mechanically connected by stitching, ultrasonic welding, or the like.
このように構成したコンデンサ素子に、ALDRICH製ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)-(ポリスチレンスルホン酸)水分散液を含浸後、155℃で30分乾燥して、固体電解質層を形成した。
固体電解質層を形成した素子に、実施例1~10及び比較例1、2より得られた電解液を含浸後、有底筒状のアルミニウムよりなる外装ケースに収納し、外装ケースの開口端部に、リード線を導出する貫通孔を有するブチルゴム製の封口体を挿入し、さらに外装ケースの端部を加締めることにより封口を行い、ハイブリッドコンデンサを得た。
The capacitor element thus constructed was impregnated with an aqueous dispersion of poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-(polystyrenesulfonic acid) manufactured by ALDRICH, and then dried at 155° C. for 30 minutes to form a solid electrolyte layer.
The elements having the solid electrolyte layer formed thereon were impregnated with the electrolyte solutions obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2, and then housed in a cylindrical aluminum exterior case with a bottom. A butyl rubber sealer having through holes for leading out lead wires was inserted into the open end of the exterior case, and the end of the exterior case was further crimped to seal it, thereby obtaining a hybrid capacitor.
<ハイブリッドコンデンサの評価>
実施例1~10及び比較例1、2の電解液を用いて得られたハイブリッドコンデンサについて、135℃で3000時間耐熱性試験を実施した前後で、アジレント・テクノロジー株式会社製プレシジョンLCRメーターE4980Aを使用して、120Hzにおける静電容量(μF)及び誘電正接(tanδ)を測定し、100kHzにおける等価直列抵抗(ESR)を測定した。
<Evaluation of hybrid capacitors>
The hybrid capacitors obtained using the electrolytes of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to a heat resistance test at 135°C for 3000 hours using a Precision LCR meter E4980A manufactured by Agilent Technologies. The capacitance (μF) and dielectric loss tangent (tan δ) at 120 Hz were measured, and the equivalent series resistance (ESR) at 100 kHz was measured.
表1に、評価結果を以下に示す。 Table 1 shows the evaluation results below.
以上のとおり、実施例においては、耐熱性試験後において優れた静電容量、誘電正接、等価直列抵抗特性を備えているため、耐熱特性に優れるハイブリッドコンデンサを得ることができた。 As described above, in the examples, a hybrid capacitor with excellent heat resistance characteristics could be obtained because it had excellent capacitance, dielectric loss tangent, and equivalent series resistance characteristics after the heat resistance test.
本発明のハイブリッドコンデンサ用電解液を使用したハイブリッドコンデンサは耐熱性に優れ、ハイブリッドコンデンサの特性低下を長期に亘って抑制することが可能なため、高周波数のデジタル機器や車載用等に適用できる。
A hybrid capacitor using the hybrid capacitor electrolyte of the present invention has excellent heat resistance and can suppress deterioration of the characteristics of the hybrid capacitor over a long period of time, so it can be applied to high-frequency digital equipment, automobiles, etc.
Claims (4)
(上式(3)中、R7、R8は、それぞれ同一でも異なっていてもよい、水素、炭素数1~8のアルキル基、フェニル基又はベンジル基を示し、R7、R8の少なくとも1つはフェニル基又はベンジル基である。)
(In the above formula (3), R 7 and R 8 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a phenyl group, or a benzyl group, and at least one of R 7 and R 8 is a phenyl group or a benzyl group.)
A solid electrolyte layer made of a conductive polymer is formed on a capacitor element in which an anode electrode foil and a cathode electrode foil are wound with a separator in between. A hybrid capacitor filled with the electrolyte for a hybrid capacitor according to any one of claims 1 to 3.
Priority Applications (1)
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