JP2024050386A - Solid electrolytic capacitor and manufacturing method - Google Patents

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Abstract

【課題】低ESRと高耐電圧を両立する固体電解コンデンサを提供する。【解決手段】固体電解コンデンサは、陽極箔と陰極体と電解質を有するコンデンサ素子を備える。陽極箔は、トンネル状のエッチングピットで表面が拡面化され、表面に誘電体皮膜を有する。陰極体は、陽極箔に対向する。電解質は、導電性高分子を含む固体電解質層を含む。この固体電解質層は、コンデンサ素子の単位体積当たり250mg/cm3以下の重量を有する。【選択図】図1[Problem] To provide a solid electrolytic capacitor that achieves both low ESR and high voltage resistance. [Solution] The solid electrolytic capacitor includes a capacitor element having an anode foil, a cathode body, and an electrolyte. The anode foil has a surface that is enlarged by tunnel-shaped etching pits, and has a dielectric film on the surface. The cathode body faces the anode foil. The electrolyte includes a solid electrolyte layer that contains a conductive polymer. This solid electrolyte layer has a weight of 250 mg/cm3 or less per unit volume of the capacitor element. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、電解質として固体電解質層又は固体電解質層と液状成分が併用された固体電解コンデンサ及び製造方法に関する。 The present invention relates to a solid electrolytic capacitor that uses a solid electrolyte layer or a combination of a solid electrolyte layer and a liquid component as the electrolyte, and a manufacturing method thereof.

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陽極酸化等の処理によって誘電体皮膜を有する。陽極箔と陰極箔との間には電解質が介在する。 An electrolytic capacitor has anode and cathode foils made of valve metals such as tantalum or aluminum. The anode foil is enlarged by forming the valve metal into a sintered or etched foil, and the enlarged surface has a dielectric film formed by a process such as anodizing. An electrolyte is interposed between the anode and cathode foils.

この電解コンデンサは、陽極箔の拡面化により比表面積を大きくすることができ、他種のコンデンサと比べて大きな静電容量を得やすいメリットがある。電解コンデンサは、電解液の形態で電解質を備えている。電解液は、陽極箔の誘電体皮膜との接触面積が増える。そのため、電解コンデンサの静電容量は更に大きくし易い。しかしながら、電解液は時間経過と共に外部へ蒸発揮散し、電解コンデンサには経時的に静電容量の低下や静電正接の増大が起こり、ドライアップを迎えてしまう。 This electrolytic capacitor has the advantage that it is easier to obtain a large capacitance compared to other types of capacitors because the specific surface area can be increased by expanding the surface area of the anode foil. Electrolytic capacitors contain electrolyte in the form of an electrolytic solution. The contact area of the electrolyte with the dielectric film of the anode foil increases. This makes it easier to increase the capacitance of the electrolytic capacitor. However, the electrolyte evaporates to the outside over time, and the electrolytic capacitor experiences a decrease in capacitance and an increase in electrostatic dissipation factor over time, leading to drying out.

そこで、電解コンデンサのなかでも、固体電解質を用いた固体電解コンデンサが注目されている。固体電解質としては、二酸化マンガンや7,7,8,8-テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体が知られている。近年は、反応速度が緩やかで、また誘電体皮膜との密着性に優れたポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)等の、π共役二重結合を有するモノマーから誘導された導電性高分子が固体電解質として急速に普及している。導電性高分子は、ポリアニオン等の酸化合物がドーパントとして用いられ、またモノマー分子内にドーパントとして作用する部分構造を有し、高い導電性が発現する。そのため、固体電解コンデンサは、等価直列抵抗(ESR)が低くなる利点を有する。 Among electrolytic capacitors, solid electrolytic capacitors using solid electrolytes have been attracting attention. Manganese dioxide and 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complexes are known as solid electrolytes. In recent years, conductive polymers derived from monomers with π-conjugated double bonds, such as poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), which has a slow reaction rate and excellent adhesion to dielectric films, have rapidly become popular as solid electrolytes. Conductive polymers use acid compounds such as polyanions as dopants, and have a partial structure in the monomer molecule that acts as a dopant, resulting in high conductivity. Therefore, solid electrolytic capacitors have the advantage of low equivalent series resistance (ESR).

但し、固体電解コンデンサは、コンデンサ素子に電解液を含浸させた液体型の電解コンデンサと比べて、誘電体である陽極酸化皮膜の欠陥部の修復作用に乏しく、漏れ電流が増大する虞がある。そこで、所謂ハイブリッドタイプの固体電解コンデンサも提案されている。ハイブリッドタイプの固体電解コンデンサは、固体電解質層が形成されたコンデンサ素子の空隙に含浸した駆動用電解液を備えている。 However, compared to liquid-type electrolytic capacitors, in which the capacitor element is impregnated with an electrolyte, solid electrolytic capacitors are poor at repairing defects in the anodized film, which is the dielectric, and there is a risk of increased leakage current. For this reason, so-called hybrid-type solid electrolytic capacitors have also been proposed. Hybrid-type solid electrolytic capacitors have a driving electrolyte that is impregnated into the voids in the capacitor element in which the solid electrolyte layer is formed.

特開2008-109068号公報JP 2008-109068 A 特許第4536625号公報Patent No. 4536625

コンデンサは各種用途で用いられる。例えばパワーエレクトロニクスの分野において、交流電源の電力をコンバータ回路で直流電力に変換し、この直流電力をインバータ回路にて所望の交流電力に変換する電源回路には、コンバータ回路から出力される直流の脈動を抑制して平滑化してからインバータ回路に入力するために、平滑コンデンサが設けられている。また、窒化ガリウム等の半導体スイッチング素子の安定動作やノイズ除去のために、デカップリングコンデンサが当該半導体スイッチング素子の近傍に設けられる。 Capacitors are used for a variety of purposes. For example, in the field of power electronics, power from an AC power source is converted to DC power by a converter circuit, and this DC power is then converted to the desired AC power by an inverter circuit. In this type of power supply circuit, smoothing capacitors are provided to suppress pulsations in the DC output from the converter circuit and smooth the DC power before inputting it to the inverter circuit. In addition, decoupling capacitors are provided near semiconductor switching elements such as gallium nitride to ensure stable operation of the semiconductor switching elements and to remove noise.

パワーエレクトロニクスの分野の大電力化に伴い、固体電解コンデンサには、より高い耐電圧が要望される。例えば、パワーエレクトロニクス等の分野によっては、少なくとも200Vを超えるような高耐電圧のコンデンサが期待されている。しかしながら、固体電解コンデンサの利点である低ESRを維持しながら、高耐圧化することは容易ではなかった。 As the power electronics field becomes increasingly powerful, solid electrolytic capacitors are required to have a higher withstand voltage. For example, in some fields such as power electronics, capacitors with a high withstand voltage of at least 200 V are expected. However, it has not been easy to achieve a high withstand voltage while maintaining the low ESR, which is one of the advantages of solid electrolytic capacitors.

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、低ESRと高耐電圧を両立する固体電解コンデンサ及び製造方法を提供することにある。 The present invention has been proposed to solve the above problems, and its purpose is to provide a solid electrolytic capacitor and a manufacturing method that achieve both low ESR and high voltage resistance.

上記課題を解決すべく、本実施形態の固体電解コンデンサは、陽極箔と陰極体と電解質を有するコンデンサ素子を備え、前記陽極箔は、トンネル状のエッチングピットで表面が拡面化され、表面に誘電体皮膜を有し、前記陰極体は、前記陽極箔に対向し、前記電解質は、導電性高分子を含む固体電解質層を含み、前記固体電解質層は、前記コンデンサ素子の単位体積当たり250mg/cm以下の重量を有する。 In order to solve the above problems, the solid electrolytic capacitor of the present embodiment includes a capacitor element having an anode foil, a cathode body, and an electrolyte, the anode foil has a surface enlarged by tunnel-shaped etching pits and has a dielectric coating on the surface, the cathode body faces the anode foil, the electrolyte includes a solid electrolyte layer containing a conductive polymer, and the solid electrolyte layer has a weight of 250 mg/cm3 or less per unit volume of the capacitor element.

前記固体電解質層は、前記導電性高分子、前記導電性高分子を分散又は溶解する導電性高分子液の溶媒、当該導電性高分子液に添加された添加剤を含み、前記導電性高分子、前記溶媒及び前記添加剤の合計重量が、前記コンデンサ素子の単位体積当たり250mg/cm以下であるようにしてもよい。 The solid electrolyte layer may include the conductive polymer, a solvent for a conductive polymer liquid in which the conductive polymer is dispersed or dissolved, and an additive added to the conductive polymer liquid, and the total weight of the conductive polymer, the solvent, and the additive may be 250 mg/ cm3 or less per unit volume of the capacitor element.

前記電解質は、前記固体電解質層のみを有し、前記固体電解質層は、前記コンデンサ素子の単位体積当たり120mg/cm以上150mg/cm以下の重量を有するようにしてもよい。 The electrolyte may include only the solid electrolyte layer, and the solid electrolyte layer may have a weight per unit volume of the capacitor element of 120 mg/cm 3 or more and 150 mg/cm 3 or less.

前記電解質は、前記コンデンサ素子の空隙に充填される液状成分を含むようにしてもよい。 The electrolyte may include a liquid component that fills the voids in the capacitor element.

前記電解質は、前記コンデンサ素子の空隙に充填される液状成分を含み、前記固体電解質層は、前記コンデンサ素子の単位体積当たり15mg/cm以上250mg/cm以下の重量を有するようにしてもよい。 The electrolyte may include a liquid component that fills voids in the capacitor element, and the solid electrolyte layer may have a weight per unit volume of the capacitor element of 15 mg/cm 3 or more and 250 mg/cm 3 or less.

前記電解質は、前記コンデンサ素子の空隙に充填される液状成分を含み、前記固体電解質層は、前記コンデンサ素子の単位体積当たり60mg/cm以上180mg/cm以下の重量を有するようにしてもよい。 The electrolyte may include a liquid component that fills voids in the capacitor element, and the solid electrolyte layer may have a weight per unit volume of the capacitor element of 60 mg/cm 3 or more and 180 mg/cm 3 or less.

前記固体電解質層は、ヒドロキシ基を有する化合物を含むようにしてもよい。前記ヒドロキシ基を有する化合物は、エチレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール及びグリセリンの群から選択される1種類以上であるようにしてもよい。 The solid electrolyte layer may contain a compound having a hydroxyl group. The compound having a hydroxyl group may be one or more selected from the group consisting of ethylene glycol, butanediol, diethylene glycol, and glycerin.

また、上記課題を解決すべく、本実施形態の固体電解コンデンサの製造方法は、陽極箔と陰極体と固体電解質層を有する固体電解コンデンサの製造方法であって、前記陽極箔の表面にトンネル状のエッチングピットを形成し、更に表面に誘電体皮膜を形成する陽極箔形成工程と、前記陽極箔に前記陰極体を対向させたコンデンサ素子を形成する素子形成工程と、前記陽極箔と前記陰極体との間に、導電性高分子を分散又は溶解した導電性高分子液を付着させ、前記導電性高分子、前記導電性高分子を分散又は溶解する導電性高分子液の溶媒、及び前記導電性高分子液に添加された添加剤を含む前記固体電解質層を形成する電解質層形成工程と、を含み、前記電解質層形成工程では、前記導電性高分子、前記溶媒及び前記添加剤の合計重量が、前記コンデンサ素子の単位体積当たり250mg/cm以下になるように含有させる。 In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor according to the present embodiment is a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor having an anode foil, a cathode body, and a solid electrolyte layer, and includes an anode foil forming step of forming a tunnel-shaped etching pit on a surface of the anode foil and further forming a dielectric film on the surface, an element forming step of forming a capacitor element in which the cathode body faces the anode foil, and an electrolyte layer forming step of attaching a conductive polymer solution in which a conductive polymer is dispersed or dissolved between the anode foil and the cathode body to form the solid electrolyte layer containing the conductive polymer, a solvent for the conductive polymer solution in which the conductive polymer is dispersed or dissolved, and an additive added to the conductive polymer solution, and in the electrolyte layer forming step, the conductive polymer, the solvent, and the additive are contained so that the total weight of the conductive polymer, the solvent, and the additive is 250 mg/ cm3 or less per unit volume of the capacitor element.

本発明によれば、固体電解コンデンサは低ESRと高耐電圧とを両立する。 According to the present invention, the solid electrolytic capacitor achieves both low ESR and high voltage resistance.

実施例1乃至7に係り、固体電解質層の重量と耐電圧との関係、及び固体電解質層の重量とESRとの関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the weight of a solid electrolyte layer and the withstand voltage, and the relationship between the weight of a solid electrolyte layer and ESR, in accordance with Examples 1 to 7. 実施例8乃至14に係り、固体電解質層の重量と耐電圧との関係、及び固体電解質層の重量とESRとの関係を示すグラフである。11 is a graph showing the relationship between the weight of the solid electrolyte layer and the withstand voltage, and the relationship between the weight of the solid electrolyte layer and the ESR, relating to Examples 8 to 14.

(固体電解コンデンサ)
固体電解コンデンサは、一対の電極体と電解質層を有する。一方の電極体は陽極箔であり、箔表面に誘電体皮膜が形成されている。他方の電極体は陰極体である。陰極体は陽極箔と対向配置される。これら一対の電極体は電解質層を挟んで対向配置される。これら一対の電極体と電解質層を組み合わせたアセンブリをコンデンサ素子という。
(Solid electrolytic capacitor)
A solid electrolytic capacitor has a pair of electrode bodies and an electrolyte layer. One electrode body is an anode foil with a dielectric film formed on the foil surface. The other electrode body is a cathode body. The cathode body is positioned opposite the anode foil. This pair of electrode bodies is positioned opposite each other with an electrolyte layer in between. The assembly of this pair of electrode bodies and electrolyte layer is called a capacitor element.

コンデンサ素子はセパレータを備える場合がある。セパレータは、一対の電極体との間に介在することで、陽極箔と陰極体を隔絶してショートを阻止し、また電解質層を保持する。電解質層の形状が自力で保持され、電解質層によって一対の電極体を隔離できる場合、セパレータをコンデンサ素子から省くことができる。 The capacitor element may include a separator. The separator is interposed between the pair of electrode bodies to isolate the anode foil and cathode body to prevent short circuits and to hold the electrolyte layer in place. If the shape of the electrolyte layer can be maintained by itself and the pair of electrode bodies can be isolated by the electrolyte layer, the separator can be omitted from the capacitor element.

陽極箔には陽極リードが接続され、陰極体には陰極リードが接続されている。固体電解コンデンサは、これら陽極リードと陰極リードを介して実装回路に電気的に接続される。実装回路と導通することで、固体電解コンデンサは、誘電体皮膜の誘電分極作用により静電容量を得て電荷の蓄電及び放電を行う受動素子となる。 An anode lead is connected to the anode foil, and a cathode lead is connected to the cathode body. The solid electrolytic capacitor is electrically connected to the mounting circuit via these anode and cathode leads. By being conductive to the mounting circuit, the solid electrolytic capacitor becomes a passive element that obtains capacitance through the dielectric polarization action of the dielectric film and stores and discharges electric charge.

この固体電解コンデンサの製造方法の一例は、概略以下の通りである。まず陽極箔形成工程により、陽極箔を拡面化し、更に誘電体皮膜を形成する。この陽極箔と陰極体とを対向させてコンデンサ素子を形成する素子形成工程に移る。このコンデンサ素子に修復化成を施す。 One example of a method for manufacturing this solid electrolytic capacitor is outlined below. First, the anode foil is formed in an anode foil formation process, which enlarges the surface area of the anode foil and then forms a dielectric film. This anode foil is then placed opposite a cathode body in the element formation process to form a capacitor element. This capacitor element is then subjected to a repair chemical treatment.

続いて、陽極箔と陰極体との間に、導電性高分子の粒子又は粉末を分散又は溶解させた導電性高分子液を含浸し、電解質層を形成する電解質層形成工程を行う。そして、コンデンサ素子を挿入したケースの開口端部を封口体によって封止した後、エージングを行い、固体電解コンデンサを形成する。 Then, an electrolyte layer formation process is performed in which a conductive polymer liquid in which conductive polymer particles or powder are dispersed or dissolved is impregnated between the anode foil and the cathode body to form an electrolyte layer. The open end of the case into which the capacitor element is inserted is then sealed with a sealer, and aging is performed to form a solid electrolytic capacitor.

(電極体)
このような固体電解コンデンサにおいて、電極体は、弁作用金属を材料とする箔体である。巻回型では、弁作用金属を延伸した長尺の帯形状が多用され、平板型では、弁作用金属を延伸した平板が多用される。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、陰極体に関して99%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よい。
(Electrode body)
In such solid electrolytic capacitors, the electrode body is a foil body made of a valve metal. In the wound type, a long strip shape obtained by stretching the valve metal is often used, while in the flat type, a flat plate obtained by stretching the valve metal is often used. Valve metals include aluminum, tantalum, niobium, niobium oxide, titanium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, and antimony. The purity is preferably 99.9% or more for the anode foil and 99% or more for the cathode body, but impurities such as silicon, iron, copper, magnesium, and zinc may be contained.

陽極箔の片面又は両面には、拡面層が形成されている。拡面層は、多数のトンネル状のエッチングピットを有するエッチング層である。トンネル状のエッチングピットは、箔厚み方向に掘り込まれた孔である。トンネル状のピットは箔を貫通してもよいし、最深部が箔内に留まる長さであってもよい。トンネル状のエッチングピットは、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電流を流すことで形成される。トンネル状のエッチングピットは、更に、硝酸等の酸性水溶液中で直流電流を流すことで拡径される。 A surface-expanding layer is formed on one or both sides of the anode foil. The surface-expanding layer is an etching layer having numerous tunnel-shaped etching pits. The tunnel-shaped etching pits are holes dug in the thickness direction of the foil. The tunnel-shaped pits may penetrate the foil, or may be long enough so that their deepest parts remain within the foil. The tunnel-shaped etching pits are typically formed by passing a direct current in an acidic aqueous solution, such as hydrochloric acid, in which halogen ions are present. The tunnel-shaped etching pits are further enlarged by passing a direct current in an acidic aqueous solution, such as nitric acid.

陰極体として例えば箔状である陰極箔を用いてもよい。その他、陰極体は、銀等の金属層とカーボン層の積層体であってもよい。陰極箔の片面又は両面にも拡面層が形成されていてもよい。拡面層のないプレーン箔を陰極箔として用いてもよい。陰極箔の拡面層は、エッチング層、弁作用金属の粉体を焼結した焼結層、又は箔に弁作用金属粒子を蒸着した蒸着層である。即ち、陰極箔の拡面層は、トンネル状のピット、海綿状のピット、又は密集した粉体若しくは粒子間の空隙により成る。 The cathode body may be, for example, a foil-shaped cathode foil. Alternatively, the cathode body may be a laminate of a metal layer such as silver and a carbon layer. A surface expansion layer may be formed on one or both sides of the cathode foil. A plain foil without a surface expansion layer may be used as the cathode foil. The surface expansion layer of the cathode foil is an etching layer, a sintered layer in which valve metal powder is sintered, or a vapor deposition layer in which valve metal particles are vapor-deposited on the foil. In other words, the surface expansion layer of the cathode foil is made up of tunnel-shaped pits, spongy pits, or gaps between densely packed powder or particles.

誘電体皮膜は、拡面層の凹凸表面に形成されている。誘電体皮膜は、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箔であれば、拡面層の表面を酸化させた酸化アルミニウム層である。誘電体皮膜を形成する化成処理では、化成液中で陽極箔に対して、所望の耐電圧を目指して電圧印加する。化成液は、ハロゲンイオン不在の溶液であり、例えば、リン酸二水素アンモニウム等のリン酸系の化成液、ホウ酸アンモニウム等のホウ酸系の化成液、アジピン酸アンモニウム等のアジピン酸系の化成液である。 The dielectric film is formed on the uneven surface of the surface expansion layer. The dielectric film is typically an oxide film formed on the surface of the anode foil. If the anode foil is an aluminum foil, it is an aluminum oxide layer formed by oxidizing the surface of the surface expansion layer. In the chemical conversion treatment to form the dielectric film, a voltage is applied to the anode foil in a chemical conversion solution to achieve the desired withstand voltage. The chemical conversion solution is a solution that does not contain halogen ions, and examples of such solutions include phosphoric acid-based chemical conversion solutions such as ammonium dihydrogen phosphate, boric acid-based chemical conversion solutions such as ammonium borate, and adipic acid-based chemical conversion solutions such as ammonium adipate.

陰極体は、自然酸化皮膜、又は化成処理により形成された薄い酸化皮膜(1~10V程度)を有していてもよい。自然酸化皮膜は、陰極体が空気中の酸素と反応することにより形成される。 The cathode body may have a natural oxide film or a thin oxide film (about 1 to 10 V) formed by chemical conversion treatment. The natural oxide film is formed when the cathode body reacts with oxygen in the air.

(電解質層)
電解質層は、少なくとも陽極箔の誘電体皮膜の一部に付着しており、固体電解コンデンサの真の陰極となっている。好ましくは、電解質層は、誘電体皮膜全域と密着し、陰極箔の表面と接続する。この電解質層は、固体電解質層であり、又は固体電解質層と液状成分で構成されている。固体電解質層は、導電性高分子を含有している。液状成分は、固体電解質層が形成されたコンデンサ素子の空隙に含浸している駆動用電解液又は当該電解液の溶媒部である。
(Electrolyte layer)
The electrolyte layer is attached to at least a part of the dielectric film of the anode foil, and serves as the true cathode of the solid electrolytic capacitor. Preferably, the electrolyte layer is in close contact with the entire dielectric film and connected to the surface of the cathode foil. The electrolyte layer is a solid electrolyte layer, or is composed of a solid electrolyte layer and a liquid component. The solid electrolyte layer contains a conductive polymer. The liquid component is a driving electrolyte solution or a solvent portion of the electrolyte solution that is impregnated in the voids of the capacitor element on which the solid electrolyte layer is formed.

(固体電解質層)
導電性高分子は、分子内のドーパント分子によりドーピングされた自己ドープ型又は外部ドーパント分子によりドーピングされた共役系高分子である。共役系高分子は、π共役二重結合を有するモノマー又はその誘導体を化学酸化重合または電解酸化重合することによって得られる。ドーピングされた共役系高分子は、高い導電性を発現する。即ち、共役系高分子に電子を受け入れやすいアクセプター、もしくは電子を与えやすいドナーといったドーパントを少量添加することで導電性を発現する。
(Solid electrolyte layer)
Conductive polymers are self-doped conjugated polymers doped with dopant molecules within the molecule or doped with external dopant molecules. Conjugated polymers are obtained by chemical oxidative polymerization or electrolytic oxidative polymerization of monomers or their derivatives having π-conjugated double bonds. Doped conjugated polymers exhibit high electrical conductivity. In other words, electrical conductivity is exhibited by adding a small amount of dopant, such as an acceptor that easily accepts electrons or a donor that easily gives electrons, to a conjugated polymer.

固体電解質層は、導電性高分子液を用いて形成される。導電性高分子液は、導電性高分子の粒子又は粉末が分散又は溶解した液体である。導電性高分子液には、必要に応じて添加剤が添加されている。導電性高分子液に、少なくとも陽極箔、一対の電極体及びセパレータの各々、又はコンデンサ素子を浸漬し、浸漬後に乾燥させる。導電性高分子液は浸漬の他、滴下塗布又はスプレー塗布されてもよい。これにより、導電性高分子液から未揮発の溶媒の一部又は全部が残存し、導電性高分子及び添加剤が付着し、固体電解質層を構成する。 The solid electrolyte layer is formed using a conductive polymer liquid. The conductive polymer liquid is a liquid in which conductive polymer particles or powder are dispersed or dissolved. Additives are added to the conductive polymer liquid as necessary. At least the anode foil, the pair of electrode bodies and the separator, or the capacitor element are immersed in the conductive polymer liquid and then dried. In addition to immersion, the conductive polymer liquid may be applied by dripping or spraying. As a result, some or all of the unvolatilized solvent remains in the conductive polymer liquid, and the conductive polymer and additives adhere to the conductive polymer and additives, forming the solid electrolyte layer.

この固体電解質層は、コンデンサ素子の単位体積当たり、250mg/cm以下の重量を有する。換言すれば、電解質形成工程では、導電性高分子、導電性高分子液の残存溶媒及び添加剤の合計重量が、コンデンサ素子の単位体積当たり、250mg/cm以下の割合で、コンデンサ素子内に残るように、導電性高分子液を含浸及び乾燥させる。コンデンサ素子の単位体積当たり、250mg/cm以下であると、低ESRと高耐電圧が両立する。一方、コンデンサ素子の単位体積当たりの重量が301mg/cmを超えると、ESRが悪化する。 This solid electrolyte layer has a weight of 250 mg/cm3 or less per unit volume of the capacitor element. In other words, in the electrolyte formation process, the conductive polymer liquid is impregnated and dried so that the total weight of the conductive polymer, the remaining solvent in the conductive polymer liquid, and the additives remains in the capacitor element at a ratio of 250 mg/ cm3 or less per unit volume of the capacitor element. When the weight is 250 mg/cm3 or less per unit volume of the capacitor element, low ESR and high withstand voltage are both achieved. On the other hand, when the weight per unit volume of the capacitor element exceeds 301 mg/ cm3 , the ESR deteriorates.

尚、固体電解質層の重量調整に限定はない。例えば、導電性高分子液に浸漬させた後の乾燥温度、乾燥時間及び圧力を変数として、固体電解質層から揮散する成分の種類及び揮散量を変えることによって、固体電解質層の重量を調整する。 There is no limitation on the weight adjustment of the solid electrolyte layer. For example, the weight of the solid electrolyte layer can be adjusted by changing the type and amount of components that volatilize from the solid electrolyte layer using the drying temperature, drying time, and pressure after immersion in the conductive polymer liquid as variables.

固体電解コンデンサがハイブリッド型ではなく、非ハイブリッド型であり、電解質層が固体電解質層のみを有し、液状化合物が非含有である場合、固体電解質層は、コンデンサ素子の単位体積当たり、120mg/cm以上150mg/cm以下が好ましい。非ハイブリッド型の固体電解質層がこの範囲に収まると、ESRが特に低くなって極小化し、また耐電圧が特に高くなって極大化する。この範囲を上下に逸脱すると、絶対値としては低ESR及び高耐電圧ではあるものの、この範囲に比してESRが増加し、またこの範囲に比して耐電圧が低下する。 When the solid electrolytic capacitor is not of the hybrid type but of the non-hybrid type, and the electrolyte layer has only a solid electrolyte layer and does not contain a liquid compound, the solid electrolyte layer preferably has a density of 120 mg/ cm3 or more and 150 mg/ cm3 or less per unit volume of the capacitor element. When the non-hybrid type solid electrolyte layer falls within this range, the ESR is particularly low and minimized, and the withstand voltage is particularly high and maximized. When the density deviates above or below this range, the ESR increases compared to this range, and the withstand voltage decreases compared to this range, although the absolute values of the ESR and withstand voltage are low.

固体電解コンデンサがハイブリッド型であり、コンデンサ素子の空隙に液状成分を含浸し、電解質層が固体電解質層と液状成分で構成される場合、固体電解質層は、コンデンサ素子の単位体積当たり、15mg/cm以上250mg/cm以下が好ましい。換言すれば、導電性高分子、導電性高分子の溶媒及び添加剤の合計重量が、コンデンサ素子の単位体積当たり、15mg/cm以上250mg/cmの割合で、コンデンサ素子内に残るように、導電性高分子液を含浸及び乾燥させるとよい。ハイブリッド型の固体電解質層がこの範囲に収まるとESRが特に低くなり、また耐電圧が特に高くなる。この範囲を上下に逸脱すると、絶対値としては低ESR及び高耐電圧ではあるものの、この範囲に比してESRが増加し、またこの範囲に比して耐電圧が低下する。 When the solid electrolytic capacitor is a hybrid type, the voids of the capacitor element are impregnated with a liquid component, and the electrolyte layer is composed of a solid electrolyte layer and a liquid component, the solid electrolyte layer is preferably 15 mg/cm 3 or more and 250 mg/cm 3 or less per unit volume of the capacitor element. In other words, the conductive polymer liquid is preferably impregnated and dried so that the total weight of the conductive polymer, the conductive polymer solvent, and the additives remains in the capacitor element at a ratio of 15 mg/cm 3 or more and 250 mg/cm 3 per unit volume of the capacitor element. When the hybrid type solid electrolyte layer falls within this range, the ESR is particularly low and the withstand voltage is particularly high. When the range is deviated above or below, the ESR increases compared to this range, and the withstand voltage decreases compared to this range, although the absolute values are low ESR and high withstand voltage.

また、固体電解コンデンサがハイブリッド型である場合、固体電解質層は、コンデンサ素子の単位体積当たり、60mg/cm以上180mg/cmが特に好ましい。この範囲では、ESRが更に低く極小化し、耐電圧が更に高く極大化する。 Furthermore, when the solid electrolytic capacitor is a hybrid type, the solid electrolyte layer is particularly preferably 60 mg/ cm3 to 180 mg/ cm3 per unit volume of the capacitor element. In this range, the ESR is further minimized and the withstand voltage is further maximized.

このような固体電解質層において、共役系高分子としては、公知のものを特に限定なく使用することができる。例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、ポリチオフェンビニレンなどが挙げられる。これら共役系高分子は、単独で用いられてもよく、2種類以上を組み合わせても良く、更に2種以上のモノマーの共重合体であってもよい。 In such a solid electrolyte layer, any known conjugated polymer can be used without any particular limitation. Examples include polypyrrole, polythiophene, polyfuran, polyaniline, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylenevinylene, polyacene, polythiophenevinylene, etc. These conjugated polymers may be used alone or in combination of two or more kinds, or may be a copolymer of two or more kinds of monomers.

上記の共役系高分子の中でも、チオフェン又はその誘導体が重合されて成る共役系高分子が好ましく、3,4-エチレンジオキシチオフェン(すなわち、2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン)、3-アルキルチオフェン、3-アルコキシチオフェン、3-アルキル-4-アルコキシチオフェン、3,4-アルキルチオフェン、3,4-アルコキシチオフェン又はこれらの誘導体が重合された共役系高分子が好ましい。チオフェン誘導体としては、3位と4位に置換基を有するチオフェンから選択された化合物が好ましく、チオフェン環の3位と4位の置換基は、3位と4位の炭素と共に環を形成していても良い。アルキル基やアルコキシ基の炭素数は1~16が適している。 Among the above conjugated polymers, preferred are conjugated polymers formed by polymerizing thiophene or its derivatives, and preferred are conjugated polymers formed by polymerizing 3,4-ethylenedioxythiophene (i.e., 2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine), 3-alkylthiophene, 3-alkoxythiophene, 3-alkyl-4-alkoxythiophene, 3,4-alkylthiophene, 3,4-alkoxythiophene, or derivatives thereof. As the thiophene derivative, a compound selected from thiophenes having substituents at the 3rd and 4th positions is preferred, and the substituents at the 3rd and 4th positions of the thiophene ring may form a ring together with the carbons at the 3rd and 4th positions. The alkyl group or alkoxy group preferably has 1 to 16 carbon atoms.

特に、EDOTと呼称される3,4-エチレンジオキシチオフェンの重合体、即ち、PEDOTと呼称されるポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)が特に好ましい。また、3,4-エチレンジオキシチオフェンに置換基が付加されていてもよい。例えば、置換基として炭素数が1~5のアルキル基が付加されたアルキル化エチレンジオキシチオフェンが用いられてもよい。アルキル化エチレンジオキシチオフェンとしては、例えば、メチル化エチレンジオキシチオフェン(すなわち、2-メチル-2,3-ジヒドロ-チエノ〔3,4-b〕〔1,4〕ジオキシン)、エチル化エチレンジオキシチオフェン(すなわち、2-エチル-2,3-ジヒドロ-チエノ〔3,4-b〕〔1,4〕ジオキシン)、ブチル化エチレンジオキシチオフェン(すなわち、2-ブチル-2,3-ジヒドロ-チエノ〔3,4-b〕〔1,4〕ジオキシン)、2-アルキル-3,4-エチレンジオキシチオフェンなどが挙げられる。 In particular, a polymer of 3,4-ethylenedioxythiophene called EDOT, that is, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) called PEDOT, is particularly preferred. A substituent may be added to 3,4-ethylenedioxythiophene. For example, an alkylated ethylenedioxythiophene having an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms added as a substituent may be used. Examples of alkylated ethylenedioxythiophene include methylated ethylenedioxythiophene (i.e., 2-methyl-2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxine), ethylated ethylenedioxythiophene (i.e., 2-ethyl-2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxine), butylated ethylenedioxythiophene (i.e., 2-butyl-2,3-dihydro-thieno[3,4-b][1,4]dioxine), and 2-alkyl-3,4-ethylenedioxythiophene.

ドーパントは、公知のものを特に限定なく使用することができる。ドーパントは、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。また、高分子又は単量体を用いてもよい。例えば、ドーパントとしては、ポリアニオン、ホウ酸、硝酸、リン酸などの無機酸、酢酸、シュウ酸、クエン酸、酒石酸、スクアリン酸、ロジゾン酸、クロコン酸、サリチル酸、p-トルエンスルホン酸、1,2-ジヒドロキシ-3,5-ベンゼンジスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ボロジサリチル酸、ビスオキサレートボレート酸、スルホニルイミド酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、プロピルナフタレンスルホン酸、ブチルナフタレンスルホン酸などの有機酸が挙げられる。 Any known dopant can be used without any particular limitation. The dopant may be used alone or in combination of two or more kinds. A polymer or monomer may also be used. For example, the dopant may be an inorganic acid such as a polyanion, boric acid, nitric acid, or phosphoric acid, or an organic acid such as acetic acid, oxalic acid, citric acid, tartaric acid, squaric acid, rhodizonic acid, croconic acid, salicylic acid, p-toluenesulfonic acid, 1,2-dihydroxy-3,5-benzenedisulfonic acid, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, borodisalicylic acid, bisoxalateborate acid, sulfonylimide acid, dodecylbenzenesulfonic acid, propylnaphthalenesulfonic acid, or butylnaphthalenesulfonic acid.

ポリアニオンは、例えば、置換若しくは未置換のポリアルキレン、置換若しくは未置換のポリアルケニレン、置換若しくは未置換のポリイミド、置換若しくは未置換のポリアミド、置換若しくは未置換のポリエステルであって、アニオン基を有する構成単位のみからなるポリマー、アニオン基を有する構成単位とアニオン基を有さない構成単位とからなるポリマーが挙げられる。具体的には、ポリアニオンとしては、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-メチルプロパンスルホン酸)、ポリイソプレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸などが挙げられる。 Examples of polyanions include substituted or unsubstituted polyalkylenes, substituted or unsubstituted polyalkenylenes, substituted or unsubstituted polyimides, substituted or unsubstituted polyamides, and substituted or unsubstituted polyesters, and include polymers consisting only of structural units having an anionic group, and polymers consisting of structural units having an anionic group and structural units not having an anionic group. Specific examples of polyanions include polyvinyl sulfonic acid, polystyrene sulfonic acid, polyallylsulfonic acid, polyacrylsulfonic acid, polymethacrylsulfonic acid, poly(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid), polyisoprenesulfonic acid, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, and polymaleic acid.

導電性高分子液の溶媒、即ち固体電解質層内の残存溶媒は、導電性高分子が分散又は溶解すればよく、水又は水と有機溶媒の混合物が好ましい。有機溶媒としては、極性溶媒、アルコール類、エステル類、炭化水素類、カーボネート化合物、エーテル化合物、鎖状エーテル類、複素環化合物、ニトリル化合物等が挙げられる。 The solvent for the conductive polymer liquid, i.e., the remaining solvent in the solid electrolyte layer, is sufficient as long as the conductive polymer disperses or dissolves, and is preferably water or a mixture of water and an organic solvent. Examples of organic solvents include polar solvents, alcohols, esters, hydrocarbons, carbonate compounds, ether compounds, chain ethers, heterocyclic compounds, and nitrile compounds.

極性溶媒としては、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。アルコール類としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等が挙げられる。エステル類としては、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等が挙げられる。炭化水素類としては、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられる。カーボネート化合物としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等が挙げられる。エーテル化合物としては、ジオキサン、ジエチルエーテル等が挙げられる。鎖状エーテル類としては、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等が挙げられる。複素環化合物としては、3-メチル-2-オキサゾリジノン等が挙げられる。ニトリル化合物としては、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等が挙げられる。 Examples of polar solvents include N-methyl-2-pyrrolidone, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, and dimethyl sulfoxide. Examples of alcohols include methanol, ethanol, propanol, and butanol. Examples of esters include ethyl acetate, propyl acetate, and butyl acetate. Examples of hydrocarbons include hexane, heptane, benzene, toluene, and xylene. Examples of carbonate compounds include ethylene carbonate and propylene carbonate. Examples of ether compounds include dioxane and diethyl ether. Examples of chain ethers include ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, and polypropylene glycol dialkyl ether. Examples of heterocyclic compounds include 3-methyl-2-oxazolidinone. Examples of nitrile compounds include acetonitrile, glutarodinitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, and benzonitrile.

導電性高分子液への添加剤は、多価アルコール、有機バインダー、界面活性剤、分散剤、消泡剤、カップリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等が挙げられる。多価アルコールとしては、ソルビトール、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、へプタンジオール、オクタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリオキシアルキレングリコール、グリセリン、ポリグリセリン、ポリオキシアルキレングリセリン、キシリトール、エリスリトール、マンニトール、ジペンタエリスリトール、ペンタエリスリトール、スルホラン、メチルスルホラン又はこれらの2種以上の組み合わせが挙げられる。 Additives to the conductive polymer liquid include polyhydric alcohols, organic binders, surfactants, dispersants, defoamers, coupling agents, antioxidants, UV absorbers, etc. Examples of polyhydric alcohols include sorbitol, ethylene glycol, propanediol, butanediol, pentanediol, hexanediol, heptanediol, octanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyoxyalkylene glycol, glycerin, polyglycerin, polyoxyalkylene glycerin, xylitol, erythritol, mannitol, dipentaerythritol, pentaerythritol, sulfolane, methylsulfolane, or a combination of two or more of these.

このような導電性高分子液を構成する溶媒、添加剤又はこれらの両方としては、ヒドロキシ基などの親水性基又は親水性分子を有する化合物が好ましい。ヒドロキシ基を有する化合物としては、例えばエチレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール及びグリセリン等の多価アルコールが挙げられる。ヒドロキシ基を有する化合物により、導電性高分子の高次構造の変化を起こし、固体電解コンデンサのESR低減や耐電圧向上効果が得られる。また、多価アルコールは、沸点が高く電解質層に残留して固体電解質層を構成し易い。 As the solvent, additive, or both that constitute such a conductive polymer liquid, a compound having a hydrophilic group such as a hydroxyl group or a hydrophilic molecule is preferred. Examples of compounds having a hydroxyl group include polyhydric alcohols such as ethylene glycol, butanediol, diethylene glycol, and glycerin. Compounds having a hydroxyl group cause a change in the higher-order structure of the conductive polymer, which reduces the ESR of the solid electrolytic capacitor and improves the voltage resistance. In addition, polyhydric alcohols have a high boiling point and tend to remain in the electrolyte layer and form a solid electrolyte layer.

また、このような導電性高分子液を構成する溶媒、添加剤又はこれらの両方としては、ブタンジオール、ジエチレングリコール、ポリオキシエチレングリコール、グリセリン、スルホランが特に好ましい。推定であるが、これらブタンジオール、ジエチレングリコール、ポリオキシエチレングリコール、グリセリン、スルホランの沸点は、例えば200℃以上のように高い。そのため、導電性高分子液を浸漬した後の乾燥の際に、導電性高分子の柔軟性を増加させると考えられる。柔軟性を増した導電性高分子は、電極体と密着し易くなる。導電性高分子と電極体との密着性が高まると、少ない固体電解質層の量でも低いESRが維持できる。 In addition, butanediol, diethylene glycol, polyoxyethylene glycol, glycerin, and sulfolane are particularly preferred as the solvent, additive, or both that make up such a conductive polymer liquid. Although it is speculated, the boiling points of butanediol, diethylene glycol, polyoxyethylene glycol, glycerin, and sulfolane are high, for example, at 200°C or higher. Therefore, it is thought that the flexibility of the conductive polymer is increased when it is dried after being immersed in the conductive polymer liquid. A conductive polymer with increased flexibility is more likely to adhere to the electrode body. When the adhesion between the conductive polymer and the electrode body is improved, a low ESR can be maintained even with a small amount of solid electrolyte layer.

(液状成分)
液状成分は、駆動用電解液、又は駆動用電解液の溶媒部である。駆動用電解液の溶媒としては、プロトン性の有機極性溶媒又は非プロトン性の有機極性溶媒が挙げられ、単独又は2種類以上が組み合わせられる。
(Liquid component)
The liquid component is a driving electrolyte or a solvent portion of the driving electrolyte. Examples of the solvent for the driving electrolyte include protic organic polar solvents and aprotic organic polar solvents, which may be used alone or in combination of two or more kinds.

溶媒であるプロトン性の有機溶媒としては、一価アルコール類、多価アルコール類及びオキシアルコール化合物類などが挙げられる。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。多価アルコール類及びオキシアルコール化合物類としては、エチレングリコール、ジ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、ポリグリセリン、ポリエチレングリコールや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などの多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。 Examples of protic organic solvents that serve as solvents include monohydric alcohols, polyhydric alcohols, and oxyalcohol compounds. Examples of monohydric alcohols include ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, cyclobutanol, cyclopentanol, cyclohexanol, and benzyl alcohol. Examples of polyhydric alcohols and oxyalcohol compounds include alkylene oxide adducts of polyhydric alcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, glycerin, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, methoxypropylene glycol, dimethoxypropanol, polyglycerin, polyethylene glycol, polyoxyethylene glycerin, and polypropylene glycol.

溶媒である非プロトン性の有機極性溶媒としては、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。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。 Representative examples of aprotic organic polar solvents include sulfones, amides, lactones, cyclic amides, nitriles, and sulfoxides. Examples of sulfones include dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, diethyl sulfone, sulfolane, 3-methyl sulfolane, and 2,4-dimethyl sulfolane. Examples of amides include N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, N-ethylformamide, N,N-diethylformamide, N-methylacetamide, N,N-dimethylacetamide, N-ethylacetamide, and N,N-diethylacetamide. Examples of lactones and cyclic amides include γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, N-methyl-2-pyrrolidone, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and isobutylene carbonate. Examples of nitriles include acetonitrile, 3-methoxypropionitrile, and glutaronitrile. Examples of sulfoxides include dimethyl sulfoxide.

液状成分に駆動用電解液の溶質が添加される場合、溶質はアニオン成分及びカチオン成分である。溶質は、典型的には、有機酸の塩、無機酸の塩、又は有機酸と無機酸との複合化合物の塩であり、単独又は2種以上を組み合わせて用いられる。アニオンとなる酸及びカチオンとなる塩基を別々に溶媒に添加してもよい。 When the solute of the driving electrolyte is added to the liquid component, the solute is an anion component and a cation component. The solute is typically a salt of an organic acid, a salt of an inorganic acid, or a salt of a complex compound of an organic acid and an inorganic acid, and is used alone or in combination of two or more kinds. An acid that becomes an anion and a base that becomes a cation may be added separately to the solvent.

溶質としてアニオン成分となる有機酸としては、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、レゾルシン酸、フロログルシン酸、没食子酸、ゲンチシン酸、プロトカテク酸、ピロカテク酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等のカルボン酸や、フェノール類、スルホン酸が挙げられる。 Organic acids that act as anionic solutes include carboxylic acids such as 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, 1,6-decanedicarboxylic acid, 1,7-octanedioic acid, azelaic acid, undecanedioic acid, dodecanedioic acid, tridecanedioic acid, t-butyl adipic acid, 11-vinyl-8-octadecenedioic acid, resorcylic acid, phloroglucinic acid, gallic acid, gentisic acid, protocatechuic acid, pyrocatechuic acid, trimellitic acid, and pyromellitic acid, as well as phenols and sulfonic acids.

また、無機酸としては、ホウ酸、リン酸、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、ボロジマロン酸、ボロジコハク酸、ボロジアジピン酸、ボロジアゼライン酸、ボロジ安息香酸、ボロジマレイン酸、ボロジ乳酸、ボロジリンゴ酸、ボロジ酒石酸、ボロジクエン酸、ボロジフタル酸、ボロジ(2-ヒドロキシ)イソ酪酸、ボロジレゾルシン酸、ボロジメチルサリチル酸、ボロジナフトエ酸、ボロジマンデル酸及びボロジ(3-ヒドロキシ)プロピオン酸等が挙げられる。 Inorganic acids include boric acid, phosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, carbonic acid, silicic acid, etc. Composite compounds of organic acids and inorganic acids include borodisalicylic acid, borodioxalic acid, borodiglycolic acid, borodimalonic acid, borodisuccinic acid, borodiadipic acid, borodiazelaic acid, borodibenzoic acid, borodimaleic acid, borodilactic acid, borodimalic acid, boroditartaric acid, borodicitric acid, borodiphthalic acid, borodi(2-hydroxy)isobutyric acid, borodiresorcylic acid, borodimethylsalicylic acid, borodinaphthoic acid, borodimandelic acid, and borodi(3-hydroxy)propionic acid, etc.

また、有機酸、無機酸、ならびに有機酸と無機酸の複合化合物の少なくとも1種の塩としては、例えばアンモニウム塩、四級アンモニウム塩、四級化アミジニウム塩、アミン塩、ナトリウム塩、カリウム塩等が挙げられる。四級アンモニウム塩の四級アンモニウムイオンとしては、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等が挙げられる。アミン塩としては、一級アミン、二級アミン、三級アミンの塩が挙げられる。一級アミンとしては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン等、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、ジブチルアミン等、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。 Examples of at least one salt of an organic acid, an inorganic acid, or a complex compound of an organic acid and an inorganic acid include ammonium salts, quaternary ammonium salts, quaternary amidinium salts, amine salts, sodium salts, potassium salts, etc. Examples of quaternary ammonium ions of quaternary ammonium salts include tetramethylammonium, triethylmethylammonium, tetraethylammonium, etc. Examples of quaternary amidinium include ethyldimethylimidazolinium, tetramethylimidazolinium, etc. Examples of amine salts include salts of primary amines, secondary amines, and tertiary amines. Examples of primary amines include methylamine, ethylamine, propylamine, etc., examples of secondary amines include dimethylamine, diethylamine, ethylmethylamine, dibutylamine, etc., and examples of tertiary amines include trimethylamine, triethylamine, tributylamine, ethyldimethylamine, ethyldiisopropylamine, etc.

さらに、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、ポリエチレングリコールやポリオキシエチレングリセリンなどの多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物、ホウ酸と多糖類(マンニット、ソルビットなど)との錯化合物、ホウ酸と多価アルコールとの錯化合物、ホウ酸エステル、ニトロ化合物(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、p-ニトロベンジルアルコールなど)、リン酸エステルなどが挙げられる。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。 Furthermore, other additives can be added to the electrolyte. Examples of additives include alkylene oxide adducts of polyhydric alcohols such as polyethylene glycol and polyoxyethylene glycerin, complex compounds of boric acid and polysaccharides (mannitol, sorbitol, etc.), complex compounds of boric acid and polyhydric alcohols, boric acid esters, nitro compounds (o-nitrobenzoic acid, m-nitrobenzoic acid, p-nitrobenzoic acid, o-nitrophenol, m-nitrophenol, p-nitrophenol, p-nitrobenzyl alcohol, etc.), and phosphate esters. These may be used alone or in combination of two or more.

(セパレータ)
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)
Examples of the separator include cellulose papers such as kraft, Manila hemp, esparto, hemp, and rayon, and mixed papers thereof; polyester-based resins such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and derivatives thereof; polytetrafluoroethylene-based resins, polyvinylidene fluoride-based resins, vinylon-based resins, polyamide-based resins such as aliphatic polyamides, semi-aromatic polyamides, and fully aromatic polyamides; polyimide-based resins, polyethylene resins, polypropylene resins, trimethylpentene resins, polyphenylene sulfide resins, acrylic resins, and polyvinyl alcohol resins. These resins can be used alone or in combination.

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。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. Note that the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1-7)
次のようにして、実施例1乃至7及び比較例1の固体電解コンデンサを作製した。実施例1乃至7及び比較例1の固体電解コンデンサは、非ハイブリッド型であり、電解質層に液状成分は含まれない。
(Examples 1 to 7)
The solid electrolytic capacitors of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 were fabricated as follows. The solid electrolytic capacitors of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 were non-hybrid types, and did not contain any liquid component in the electrolyte layer.

まず、両電極体は、長尺帯形状のアルミニウム箔とした。陽極箔の両面に直流エッチングによってトンネル状のピットを形成した。また、陽極箔には化成処理により誘電体皮膜を形成した。化成処理では、印加電圧を650Vに到達させた。陰極箔については両面に交流エッチングによってピットを形成し、化成処理により3Vfsの化成電圧で酸化皮膜を形成した。両電極体にリード線を接続し、マニラ麻製のセパレータを介して両電極体を対向させて巻回した。そして、ホウ酸アンモニウム水溶液によって修復化成が施された。 First, both electrodes were made of aluminum foil in the shape of a long strip. Tunnel-shaped pits were formed on both sides of the anode foil by DC etching. A dielectric film was also formed on the anode foil by chemical conversion. In the chemical conversion, the applied voltage reached 650V. Pits were formed on both sides of the cathode foil by AC etching, and an oxide film was formed by chemical conversion at a chemical conversion voltage of 3Vfs. Lead wires were connected to both electrodes, and the two electrodes were wound facing each other with a separator made of Manila hemp in between. Then, a repair chemical conversion was performed using an aqueous solution of ammonium borate.

次に、コンデンサ素子を導電性高分子液に浸漬し、導電性高分子液をコンデンサ素子に含浸した後、コンデンサ素子を乾燥した。導電性高分子液には、導電性高分子としてポリスチレンスルホン酸がドープされたポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT/PSS)を分散させた。導電性高分子液の溶媒は水及びエチレングリコールの混合液である。導電性高分子液にはソルビトールを添加した。導電性高分子液中、水は48.5wt%、エチレングリコールは48.5wt%、PEDOT/PSSは1wt%、ソルビトールは2wt%を占める。 Next, the capacitor element was immersed in the conductive polymer liquid, and after the conductive polymer liquid was impregnated into the capacitor element, the capacitor element was dried. Polyethylenedioxythiophene doped with polystyrene sulfonic acid (PEDOT/PSS) was dispersed in the conductive polymer liquid as a conductive polymer. The solvent for the conductive polymer liquid was a mixture of water and ethylene glycol. Sorbitol was added to the conductive polymer liquid. The conductive polymer liquid contained 48.5 wt% water, 48.5 wt% ethylene glycol, 1 wt% PEDOT/PSS, and 2 wt% sorbitol.

これにより、コンデンサ素子内には固体電解質層が形成された。ここで、実施例1乃至7及び比較例1は、固体電解質層の重量が異なる。固体電解質層の重量は、コンデンサ素子の単位体積当たりの重量であり、以下、単に、固体電解質層重量という。固体電解質層重量は、導電性高分子液含浸後のコンデンサ素子を110℃で乾燥し、乾燥時間の増減によって調整した。 As a result, a solid electrolyte layer was formed in the capacitor element. Here, the weight of the solid electrolyte layer differs between Examples 1 to 7 and Comparative Example 1. The weight of the solid electrolyte layer is the weight per unit volume of the capacitor element, and is hereinafter simply referred to as the solid electrolyte layer weight. The weight of the solid electrolyte layer was adjusted by drying the capacitor element after impregnation with the conductive polymer liquid at 110°C and increasing or decreasing the drying time.

このように、実施例1乃至7及び比較例1の固体電解コンデンサは、固体電解質層重量を除き、同一構成、同一組成、同一製造方法及び同一製造条件で作製された。 In this way, the solid electrolytic capacitors of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 were manufactured with the same structure, composition, manufacturing method, and manufacturing conditions, except for the weight of the solid electrolyte layer.

(耐電圧及びESR)
実施例1乃至7及び比較例1の固体電解コンデンサの耐電圧を測定した。耐電圧の測定方法は次の通りである。即ち、105℃において固体電解コンデンサに電圧を印加した。開始電圧は200Vであり、印加電圧を10秒ごとに1Vずつ昇圧していった。そして、固体電解コンデンサに流れた電流が1mAに到達したときの電圧を耐電圧とした。
(Dielectric strength and ESR)
The withstand voltage of the solid electrolytic capacitors of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 was measured. The method for measuring the withstand voltage was as follows. That is, a voltage was applied to the solid electrolytic capacitor at 105° C. The initial voltage was 200 V, and the applied voltage was increased by 1 V every 10 seconds. The voltage when the current flowing through the solid electrolytic capacitor reached 1 mA was defined as the withstand voltage.

また、実施例1乃至7及び比較例1の固体電解コンデンサのESRを測定した。耐電圧の測定方法は次の通りである。ESRは、株式会社エヌエフ回路設計ブロック製のLCRメータを用いて室温下で測定した。測定周波数は100kHzであり、交流振幅は0.5Vmsの正弦波である。 The ESR of the solid electrolytic capacitors of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 was also measured. The method for measuring the withstand voltage is as follows. The ESR was measured at room temperature using an LCR meter manufactured by NF Corporation. The measurement frequency was 100 kHz, and the AC amplitude was a sine wave of 0.5 Vms.

実施例1乃至7及び比較例1の固体電解質層重量と共に、耐電圧とESRの測定結果を下表1に示す。表1では、固体電解質層重量は、素子の単位体積あたりの固体電解質量と表されている。
(表1)

Figure 2024050386000002
The following Table 1 shows the measurement results of the withstand voltage and ESR together with the weight of the solid electrolyte layer of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1. In Table 1, the weight of the solid electrolyte layer is expressed as the amount of solid electrolyte per unit volume of the element.
(Table 1)
Figure 2024050386000002

表1に示すように、固体電解質層重量は、コンデンサ素子の単位体積当たりに換算した重量(mg/cm)であり、18mg/cmから301mg/cmまで、実施例1乃至7及び比較例1が固有の値を取るように変化させた。尚、個々の固体電解質層重量は、導電性高分子液に浸漬及び乾燥後のコンデンサ素子の重量から、浸漬前のコンデンサ素子の重量を差し引くことで算出した。 As shown in Table 1, the weight of the solid electrolyte layer is the weight (mg/ cm3 ) converted to a unit volume of the capacitor element, and was varied from 18 mg/ cm3 to 301 mg/ cm3 so that Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 had unique values. Note that the weight of each solid electrolyte layer was calculated by subtracting the weight of the capacitor element before immersion in the conductive polymer liquid from the weight of the capacitor element after immersion in the conductive polymer liquid and drying.

この表1に基づき、固体電解質層重量と耐電圧との関係、及び固体電解質層重量とESRとの関係を図1のグラフに示す。図1中、四角印のプロットが耐電圧であり、丸印のプロットがESRである。尚、ESRは対数で表されている。 Based on Table 1, the relationship between the weight of the solid electrolyte layer and the withstand voltage, and the relationship between the weight of the solid electrolyte layer and the ESR are shown in the graph in Figure 1. In Figure 1, the square marks plot the withstand voltage, and the circle marks plot the ESR. Note that the ESR is expressed in logarithm.

表1及び図1に示すように、耐電圧は、固体電解質層重量が18mg/cmであると、200Vを超え、18mg/cmから120mg/cmにかけて、固体電解質層重量が上がるに連れて著しく向上する。そして、耐電圧は、120mg/cmから150mg/cmにかけて極大化する。耐電圧は、180mg/cmになると値としては200Vを大きく超えて高いものの、150mg/cmとの比較では急激に下がる。180mg/cm以降の耐電圧の変化は乏しい。 As shown in Table 1 and FIG. 1, when the weight of the solid electrolyte layer is 18 mg/ cm3 , the withstand voltage exceeds 200 V, and increases significantly as the weight of the solid electrolyte layer increases from 18 mg/ cm3 to 120 mg/ cm3 . The withstand voltage is maximized from 120 mg/ cm3 to 150 mg/ cm3 . At 180 mg/ cm3 , the withstand voltage is significantly higher than 200 V, but drops sharply compared to 150 mg/ cm3 . There is little change in the withstand voltage beyond 180 mg/ cm3 .

一方、ESRは、18mg/cmから120mg/cmにかけて、固体電解質層重量が上がるに連れて急速に低下する。そして、ESRは、120mg/cmから180mg/cmにかけて極小化する。ESRは、250mg/cmから上がり始める。301mg/cm以降のESRは、250mg/cmのESRに対する約28倍に達する。 On the other hand, the ESR rapidly decreases as the weight of the solid electrolyte layer increases from 18 mg/ cm3 to 120 mg/ cm3 . The ESR then reaches a minimum between 120 mg/ cm3 and 180 mg/ cm3 . The ESR starts to increase from 250 mg/ cm3 . The ESR at 301 mg/ cm3 and above reaches about 28 times the ESR at 250 mg/ cm3 .

このように、固体電解コンデンサは、固体電解質重量が250mg/cm以下であると、低ESRと高耐電圧を両立する。また、非ハイブリッド型の固体電解コンデンサは、固体電解質重量が120mg/cm以上150mg/cm以下であると、ちょうど、極大化した耐電圧と極小化したESRの両方を得られる。 Thus, a solid electrolytic capacitor with a solid electrolyte weight of 250 mg/ cm3 or less achieves both low ESR and high withstand voltage. A non-hybrid solid electrolytic capacitor with a solid electrolyte weight of 120 mg/ cm3 or more and 150 mg/ cm3 or less achieves both maximized withstand voltage and minimized ESR.

(実施例8-14)
更に、実施例8乃至14及び比較例2の固体電解コンデンサを作製した。実施例8乃至14及び比較例2の固体電解コンデンサは、ハイブリッド型であり、電解質層は固体電解質層と液状成分で構成される。液状成分は、59.4wt%のエチレングリコール、39.6wt%のポリエチレングリコール及び1wt%のアゼライン酸アンモニウムで組成されている。ポリエチレングリコールの平均分子量は1000である。コンデンサ素子に液状成分を含浸させた。その他の構成、組成、製造方法及び製造条件は、固体電解質層重量を除き、実施例1乃至7及び比較例1と同じである。
(Examples 8 to 14)
Furthermore, solid electrolytic capacitors of Examples 8 to 14 and Comparative Example 2 were produced. The solid electrolytic capacitors of Examples 8 to 14 and Comparative Example 2 were hybrid types, and the electrolyte layer was composed of a solid electrolyte layer and a liquid component. The liquid component was composed of 59.4 wt% ethylene glycol, 39.6 wt% polyethylene glycol, and 1 wt% ammonium azelaate. The average molecular weight of the polyethylene glycol was 1000. The liquid component was impregnated into the capacitor element. The other configurations, compositions, manufacturing methods, and manufacturing conditions were the same as those of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1, except for the weight of the solid electrolyte layer.

(耐電圧及びESR)
実施例8乃至14及び比較例2の固体電解コンデンサの耐電圧を測定した。耐電圧及びESRの測定方法及び条件は、実施例1乃至7及び比較例1と同一である。個々の固体電解質層重量の確認方法も、実施例1乃至7及び比較例1と同一である。
(Dielectric strength and ESR)
The withstand voltage was measured for the solid electrolytic capacitors of Examples 8 to 14 and Comparative Example 2. The measuring method and conditions for the withstand voltage and ESR were the same as those of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1. The method for confirming the weight of each solid electrolyte layer was also the same as those of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1.

実施例8乃至14及び比較例2の固体電解質層重量と共に、耐電圧とESRの測定結果を下表2に示す。表2では、固体電解質層重量は、素子の単位体積あたりの固体電解質量と表されている。
(表2)

Figure 2024050386000003
The measurement results of the withstand voltage and ESR are shown in Table 2 below, together with the weights of the solid electrolyte layers of Examples 8 to 14 and Comparative Example 2. In Table 2, the weights of the solid electrolyte layers are expressed as the amount of solid electrolyte per unit volume of the element.
(Table 2)
Figure 2024050386000003

表2に示すように、固体電解質層重量は、コンデンサ素子の単位体積当たりに換算した重量(mg/cm)であり、18mg/cmから301mg/cmまで、実施例8乃至14及び比較例2が固有の値を取るように変化させた。この表2に基づき、固体電解質層重量と耐電圧との関係、及び固体電解質層重量とESRとの関係を図2のグラフに示す。図2中、四角印のプロットが耐電圧であり、丸印のプロットがESRである。尚、ESRは対数で表されている。 As shown in Table 2, the weight of the solid electrolyte layer is the weight (mg/ cm3 ) converted to a unit volume of the capacitor element, and was changed from 18 mg/ cm3 to 301 mg/ cm3 so that Examples 8 to 14 and Comparative Example 2 had unique values. Based on this Table 2, the relationship between the weight of the solid electrolyte layer and the withstand voltage, and the relationship between the weight of the solid electrolyte layer and the ESR are shown in the graph of Figure 2. In Figure 2, the plot of square marks indicates the withstand voltage, and the plot of circle marks indicates the ESR. Note that the ESR is expressed in logarithm.

表2及び図2に示すように、耐電圧は、固体電解質層重量が18mg/cmであると、200Vを大きく超え、18mg/cmから120mg/cmにかけて、固体電解質層重量が上がるに連れて著しく向上する。そして、耐電圧は、60mg/cmから180mg/cmにかけて極大化する。耐電圧は、180mg/cm以降は、固体電解質層重量が上がるに連れて落ちていく。もっとも、固体電解質層重量が301mg/cmあっても、耐電圧は200Vを大きく超える。 As shown in Table 2 and Fig. 2, when the weight of the solid electrolyte layer is 18 mg/ cm3 , the withstand voltage greatly exceeds 200 V, and increases significantly as the weight of the solid electrolyte layer increases from 18 mg/ cm3 to 120 mg/ cm3 . The withstand voltage is maximized from 60 mg/ cm3 to 180 mg/ cm3 . After 180 mg/ cm3 , the withstand voltage decreases as the weight of the solid electrolyte layer increases. However, even when the weight of the solid electrolyte layer is 301 mg/ cm3 , the withstand voltage greatly exceeds 200 V.

一方、ESRは、18mg/cmから250mg/cmにかけて、固体電解質層重量に依らず低く維持される。しかし、301mg/cm以降のESRは著しく悪化し、250mg/cmのESRに対する約11倍に達する。 On the other hand, the ESR is maintained low regardless of the weight of the solid electrolyte layer from 18 mg/ cm3 to 250 mg/ cm3 . However, the ESR significantly deteriorates from 301 mg/ cm3 onwards, reaching about 11 times the ESR at 250 mg/ cm3 .

このように、固体電解コンデンサは、ハイブリッド型か非ハイブリッド型に関わらず、固体電解質層重量が250mg/cm以下であると、低ESRと高耐電圧を両立する。特に、ハイブリッド型の固体電解コンデンサは、固体電解質層重量が60mg/cm以上150mg/cmあると、ちょうど、極大化した耐電圧と特に低いESRの両方を得られる。 Thus, regardless of whether the solid electrolytic capacitor is hybrid or non-hybrid, a solid electrolyte layer weight of 250 mg/ cm3 or less achieves both low ESR and high withstand voltage. In particular, a hybrid solid electrolyte capacitor with a solid electrolyte layer weight of 60 mg/ cm3 or more and 150 mg/ cm3 achieves both maximized withstand voltage and particularly low ESR.

(実施例15-18)
更に、実施例15乃至18の固体電解コンデンサを作製した。実施例15乃至18の固体電解コンデンサは、実施例4と同じ非ハイブリッド型であるが、実施例4とは導電性高分子液の溶媒が異なっている。導電性高分子液の溶媒が異なる点以外、実施例15乃至18の固体電解コンデンサは実施例4と同一構成、同一組成、同一製造方法及び同一製造条件で作製された。
(Examples 15 to 18)
Furthermore, solid electrolytic capacitors of Examples 15 to 18 were produced. The solid electrolytic capacitors of Examples 15 to 18 were of the same non-hybrid type as Example 4, but the solvent of the conductive polymer liquid was different from that of Example 4. Except for the difference in the solvent of the conductive polymer liquid, the solid electrolytic capacitors of Examples 15 to 18 were produced with the same configuration, composition, manufacturing method, and manufacturing conditions as Example 4.

(耐電圧及びESR)
実施例15乃至18の固体電解コンデンサの耐電圧を測定した。耐電圧及びESRの測定方法及び条件は、実施例4と同一である。個々の固体電解質層重量の確認方法も、実施例4と同一である。
(Dielectric strength and ESR)
The withstand voltage was measured for the solid electrolytic capacitors of Examples 15 to 18. The measuring method and conditions for the withstand voltage and ESR were the same as those in Example 4. The method for confirming the weight of each solid electrolyte layer was also the same as that in Example 4.

実施例15乃至18及び実施例4の固体電解質層重量と共に、耐電圧とESRの測定結果を下表3に示す。表3では、固体電解質層重量は、素子の単位体積あたりの固体電解質量と表されている。
(表3)

Figure 2024050386000004
The measurement results of the withstand voltage and ESR are shown in Table 3 below, together with the weights of the solid electrolyte layers of Examples 15 to 18 and Example 4. In Table 3, the weights of the solid electrolyte layers are expressed as the amount of solid electrolyte per unit volume of the element.
(Table 3)
Figure 2024050386000004

表3に示すように、実施例4の導電性高分子液の溶媒がエチレングリコールであるのに対し、実施例15はブタンジオール、実施例16はジエチレングリコール、実施例17はグリセリン、実施例18はスルホランとした。即ち、実施例4の固体電解質層には、ヒドロキシ基を有する化合物としてエチレングリコールが含まれている。実施例15の固体電解質層には、ヒドロキシ基を有する化合物としてブタンジオールが含まれている。実施例16の固体電解質層には、ヒドロキシ基を有する化合物としてジエチレングリコールが含まれている。実施例17の固体電解質層には、ヒドロキシ基を有する化合物としてグリセリンが含まれている。実施例18の固体電解質層には、高沸点溶媒としてスルホランが含まれている。 As shown in Table 3, the solvent of the conductive polymer liquid in Example 4 is ethylene glycol, whereas in Example 15 it is butanediol, in Example 16 it is diethylene glycol, in Example 17 it is glycerin, and in Example 18 it is sulfolane. That is, the solid electrolyte layer in Example 4 contains ethylene glycol as a compound having a hydroxyl group. The solid electrolyte layer in Example 15 contains butanediol as a compound having a hydroxyl group. The solid electrolyte layer in Example 16 contains diethylene glycol as a compound having a hydroxyl group. The solid electrolyte layer in Example 17 contains glycerin as a compound having a hydroxyl group. The solid electrolyte layer in Example 18 contains sulfolane as a high boiling point solvent.

表3に示すように、固体電解質層内の溶媒種に依らず、固体電解質層がコンデンサ素子の単位体積当たり250mg/cm以下の重量であれば、高い耐電圧と低いESRの両方を得られることが確認された。また、固体電解質層内の溶媒が、ヒドロキシ基を有する化合物であり、エチレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール又はグリセリンであると、耐電圧を特に高くでき、ESRを特に低くできることが確認された。 As shown in Table 3, it was confirmed that, regardless of the type of solvent in the solid electrolyte layer, as long as the weight of the solid electrolyte layer per unit volume of the capacitor element is 250 mg/cm3 or less , both a high withstand voltage and a low ESR can be obtained. In addition, it was confirmed that when the solvent in the solid electrolyte layer is a compound having a hydroxyl group, such as ethylene glycol, butanediol, diethylene glycol, or glycerin, the withstand voltage can be particularly high and the ESR can be particularly low.

Claims (9)

陽極箔と陰極体と電解質を有するコンデンサ素子を備え、
前記陽極箔は、トンネル状のエッチングピットで表面が拡面化され、表面に誘電体皮膜を有し、
前記陰極体は、前記陽極箔に対向し、
前記電解質は、導電性高分子を含む固体電解質層を含み、
前記固体電解質層は、前記コンデンサ素子の単位体積当たり250mg/cm以下の重量を有すること、
を特徴とする固体電解コンデンサ。
A capacitor element having an anode foil, a cathode body, and an electrolyte,
the anode foil has a surface enlarged by tunnel-shaped etching pits and has a dielectric coating on the surface;
The cathode body faces the anode foil,
the electrolyte includes a solid electrolyte layer including a conductive polymer;
the solid electrolyte layer has a weight per unit volume of the capacitor element of 250 mg/ cm3 or less;
A solid electrolytic capacitor characterized by:
前記固体電解質層は、前記導電性高分子、前記導電性高分子を分散又は溶解する導電性高分子液の溶媒、当該導電性高分子液に添加された添加剤を含み、
前記導電性高分子、前記溶媒及び前記添加剤の合計重量が、前記コンデンサ素子の単位体積当たり250mg/cm以下であること、
を特徴とする請求項1記載の固体電解コンデンサ。
the solid electrolyte layer includes the conductive polymer, a solvent for a conductive polymer liquid in which the conductive polymer is dispersed or dissolved, and an additive added to the conductive polymer liquid,
the total weight of the conductive polymer, the solvent, and the additive is 250 mg/ cm3 or less per unit volume of the capacitor element;
2. The solid electrolytic capacitor according to claim 1,
前記電解質は、前記固体電解質層のみを有し、
前記固体電解質層は、前記コンデンサ素子の単位体積当たり120mg/cm以上150mg/cm以下の重量を有すること、
を特徴とする請求項1又は2記載の固体電解コンデンサ。
the electrolyte has only the solid electrolyte layer,
the solid electrolyte layer has a weight per unit volume of the capacitor element of 120 mg/ cm3 or more and 150 mg/ cm3 or less;
3. The solid electrolytic capacitor according to claim 1 or 2.
前記電解質は、前記コンデンサ素子の空隙に充填される液状成分を含むこと、
を特徴とする請求項1又は2記載の固体電解コンデンサ。
the electrolyte includes a liquid component that fills voids in the capacitor element;
3. The solid electrolytic capacitor according to claim 1 or 2.
前記固体電解質層は、前記コンデンサ素子の単位体積当たり15mg/cm以上250mg/cm以下の重量を有すること、
を特徴とする請求項4記載の固体電解コンデンサ。
the solid electrolyte layer has a weight per unit volume of the capacitor element of 15 mg/ cm3 or more and 250 mg/ cm3 or less;
5. The solid electrolytic capacitor according to claim 4,
前記固体電解質層は、前記コンデンサ素子の単位体積当たり60mg/cm以上180mg/cm以下の重量を有すること、
を特徴とする請求項5記載の固体電解コンデンサ。
the solid electrolyte layer has a weight per unit volume of the capacitor element of 60 mg/ cm3 or more and 180 mg/ cm3 or less;
6. The solid electrolytic capacitor according to claim 5,
前記固体電解質層は、ヒドロキシ基を有する化合物を含むこと、
を特徴とする請求項1又は2記載の固体電解コンデンサ。
the solid electrolyte layer contains a compound having a hydroxy group;
3. The solid electrolytic capacitor according to claim 1 or 2.
前記ヒドロキシ基を有する化合物は、エチレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール及びグリセリンの群から選択される1種類以上であること、
を特徴とする請求項7記載の固体電解コンデンサ。
the compound having a hydroxy group is at least one selected from the group consisting of ethylene glycol, butanediol, diethylene glycol, and glycerin;
8. The solid electrolytic capacitor according to claim 7,
陽極箔と陰極体と固体電解質層を有する固体電解コンデンサの製造方法であって、
前記陽極箔の表面にトンネル状のエッチングピットを形成し、更に表面に誘電体皮膜を形成する陽極箔形成工程と、
前記陽極箔に前記陰極体を対向させたコンデンサ素子を形成する素子形成工程と、
前記陽極箔と前記陰極体との間に、導電性高分子を分散又は溶解した導電性高分子液を付着させ、前記導電性高分子、前記導電性高分子を分散又は溶解する導電性高分子液の溶媒、及び前記導電性高分子液に添加された添加剤を含む前記固体電解質層を形成する電解質層形成工程と、
を含み、
前記電解質層形成工程では、前記導電性高分子、前記溶媒及び前記添加剤の合計重量が、前記コンデンサ素子の単位体積当たり250mg/cm以下になるように含有させること、
を特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
A method for manufacturing a solid electrolytic capacitor having an anode foil, a cathode body, and a solid electrolyte layer, comprising the steps of:
an anode foil forming step of forming a tunnel-shaped etching pit on the surface of the anode foil and further forming a dielectric film on the surface;
an element forming step of forming a capacitor element by opposing the anode foil to the cathode body;
an electrolyte layer forming step of applying a conductive polymer solution having a conductive polymer dispersed or dissolved therein between the anode foil and the cathode body to form the solid electrolyte layer containing the conductive polymer, a solvent for the conductive polymer solution in which the conductive polymer is dispersed or dissolved, and an additive added to the conductive polymer solution;
Including,
In the electrolyte layer forming step, the conductive polymer, the solvent, and the additive are contained in an amount of 250 mg/ cm3 or less in total per unit volume of the capacitor element;
A method for producing a solid electrolytic capacitor comprising the steps of:
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