JP2024079211A - Electrolytic capacitor having conductive polymer compound and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導電性高分子化合物を有する電解コンデンサ及びその製造方法に関する。特に、本発明は、導電性高分子化合物を含む固体電解質相とポリエチレングリコールを含む液状物質相とを含む電解コンデンサ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an electrolytic capacitor having a conductive polymer compound and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to an electrolytic capacitor having a solid electrolyte phase containing a conductive polymer compound and a liquid substance phase containing polyethylene glycol, and a manufacturing method thereof.
従来、電解質(固体電解質)として導電性高分子化合物を用いた固体電解コンデンサが知られている。また、電解質として導電性高分子化合物と電解液とを用いた電解コンデンサが知られている(ハイブリッド型のコンデンサ)。 Solid electrolytic capacitors that use conductive polymer compounds as the electrolyte (solid electrolyte) are known. Also known are electrolytic capacitors that use conductive polymer compounds and an electrolytic solution as the electrolyte (hybrid capacitors).
このような導電性高分子化合物を有する電解コンデンサにおいては、熱劣化の抑制などの目的のためにニトロ化合物を用いることがある。 In electrolytic capacitors that contain such conductive polymer compounds, nitro compounds may be used to suppress thermal degradation, etc.
特許文献1は、導電性高分子層を含む固体電解コンデンサを記載しており、少なくともエチレングリコール及びニトロ化合物を含む溶液に導電性高分子化合物が分散された混合溶液を用いて導電性高分子層を得ることを記載している。 Patent Document 1 describes a solid electrolytic capacitor including a conductive polymer layer, and describes how the conductive polymer layer is obtained using a mixed solution in which a conductive polymer compound is dispersed in a solution containing at least ethylene glycol and a nitro compound.
特許文献2は、導電性高分子と導電性補助液とを含んでなる電解コンデンサを記載している。この導電性補助液は、沸点が150℃以上の高沸点有機溶剤と、ニトロ基とカルボキシル基またはカルボキシエステル部とを有し且つヒドロキシル基を有しない芳香族系化合物を含む。 Patent Document 2 describes an electrolytic capacitor that contains a conductive polymer and a conductive auxiliary liquid. This conductive auxiliary liquid contains a high-boiling organic solvent with a boiling point of 150°C or higher, and an aromatic compound that has a nitro group and a carboxyl group or a carboxy ester moiety, but does not have a hydroxyl group.
特許文献3は、導電性高分子を含むハイブリッド電解コンデンサに用いられる電解液を記載しており、この電解液が、ラクトンを含有した第1溶媒と、1,3-プロパンジオールなどの特定の化合物を含有した第2溶媒と、芳香族ニトロ化合物とを含むことを記載している。 Patent document 3 describes an electrolyte used in a hybrid electrolytic capacitor containing a conductive polymer, and describes that the electrolyte contains a first solvent containing a lactone, a second solvent containing a specific compound such as 1,3-propanediol, and an aromatic nitro compound.
特許文献4は、コンデンサ素子を有する電解コンデンサを記載しており、このコンデンサ素子が、ポリアルキレングリコール及びポリアルキレングリコールの誘導体の少なくとも1つを含有する液体で含浸されていること、及び、この液体が、ニトロ基とヒドロキシ基及びカルボキシル基のうちの少なくとも1つとを含む芳香族化合物をさらに含有することを記載している。 Patent document 4 describes an electrolytic capacitor having a capacitor element, in which the capacitor element is impregnated with a liquid containing at least one of a polyalkylene glycol and a derivative of a polyalkylene glycol, and in which the liquid further contains an aromatic compound containing a nitro group and at least one of a hydroxyl group and a carboxyl group.
特許文献5は、表面に誘電体層が形成された陽極体と、誘電体層と接触しているとともに導電性高分子を含む固体電解質層と、電解質と、を備える電解コンデンサを記載している。この電解液は、第1塩基成分、第1酸成分、及び第2酸成分を含む。また、この文献は、電解液の溶媒がグリコール化合物を含みうること、及び、第3酸成分としてニトロ化合物を含みうることを記載している。 Patent Document 5 describes an electrolytic capacitor that includes an anode body having a dielectric layer formed on its surface, a solid electrolyte layer that is in contact with the dielectric layer and contains a conductive polymer, and an electrolyte. The electrolyte contains a first base component, a first acid component, and a second acid component. This document also describes that the solvent of the electrolyte can contain a glycol compound, and that the electrolyte can contain a nitro compound as the third acid component.
液体状の水溶性高分子化合物を、導電性高分子を含有する固体電解コンデンサに含有させることも知られている。 It is also known to incorporate a liquid water-soluble polymer compound into a solid electrolytic capacitor that contains a conductive polymer.
特許文献6は、微粒子状の導電性高分子化合物からなる固体電解質と、液体状の水溶性高分子化合物、水及びニトロ基を有するアルコールで構成される水溶性高分子溶液とが、水溶性高分子溶液が固体電解質を取り囲むように導入されている固体電解コンデンサを記載している。 Patent document 6 describes a solid electrolytic capacitor in which a solid electrolyte made of a fine particle conductive polymer compound and a water-soluble polymer solution made of a liquid water-soluble polymer compound, water, and an alcohol having a nitro group are introduced so that the water-soluble polymer solution surrounds the solid electrolyte.
固体電解質としての導電性高分子化合物を有する従来の電解コンデンサは、高温下での耐久性が不十分である場合があった。 Conventional electrolytic capacitors that use conductive polymer compounds as solid electrolytes sometimes have insufficient durability at high temperatures.
本開示は、導電性高分子化合物を有する電解コンデンサであって、高温下において優れた耐久性を示す電解コンデンサを提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide an electrolytic capacitor that has a conductive polymer compound and exhibits excellent durability at high temperatures.
本開示に係る上記の課題は、下記の本開示に係る発明によって解決することができる。
<態様1>
表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、
陰極箔と、
前記陽極箔及び前記陰極箔の間に配設されたセパレータと、
を備え、
前記陽極箔及び前記陰極箔の間の空隙に、
導電性高分子化合物を含む固体電解質相と、
液状物質を含む液状物質相と、
を含む電解コンデンサであって、
前記液状物質相が、芳香族ニトロ化合物を1.0質量%以上の量で含有しており、
前記液状物質が、ポリエチレングリコールであり、かつ
前記ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合が、30質量%以下である、
電解コンデンサ。
<態様2>
前記液状物質相が、水を0.1質量%~10質量%の量で含有する、態様1に記載の電解コンデンサ。
<態様3>
前記芳香族ニトロ化合物が、ニトロフェノール、ニトロアセトフェノン、ニトロベンジルアルコール、ニトロ安息香酸、及びニトロベンズアルデヒドからなる群より選択される、態様1又は2に記載の電解コンデンサ。
<態様4>
前記固体電解質相が、前記導電性高分子化合物としてポリエチレンジオキシチオフェンを含み、かつドーパントとしてポリスチレンスルホン酸を含む、態様1~3のいずれか一項に記載の電解コンデンサ。
<態様5>
表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、随意にエッチング処理された陰極箔とを、セパレータを介して重ね合わせて巻回することによって、コンデンサ素子を形成すること、
前記コンデンサ素子に導電性高分子化合物の水溶液又は分散液を含浸させて、前記陽極箔と前記陰極箔の間の空隙に固体電解質相を形成すること、及び、
固体電解質相が形成された前記コンデンサ素子に、液状物質を含む液状物質相を含浸させること、
を含み、
前記液状物質相が、芳香族ニトロ化合物を1.0質量%以上の量で含有し、
前記液状物質が、ポリエチレングリコールであり、かつ
前記ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合が、30質量%以下である、
電解コンデンサの製造方法。
The above problems related to the present disclosure can be solved by the inventions related to the present disclosure described below.
<Aspect 1>
an anode foil having an oxide film formed on its surface;
A cathode foil;
a separator disposed between the anode foil and the cathode foil;
Equipped with
In the gap between the anode foil and the cathode foil,
A solid electrolyte phase including a conductive polymer compound;
A liquid material phase including a liquid material;
An electrolytic capacitor comprising:
The liquid substance phase contains an aromatic nitro compound in an amount of 1.0% by mass or more,
The liquid substance is polyethylene glycol, and the proportion of pentaethylene glycol or polyethylene glycol larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol is 30 mass% or less.
Electrolytic capacitor.
<Aspect 2>
2. The electrolytic capacitor of claim 1, wherein the liquid substance phase contains water in an amount of 0.1% to 10% by weight.
<Aspect 3>
3. The electrolytic capacitor of claim 1 or 2, wherein the aromatic nitro compound is selected from the group consisting of nitrophenol, nitroacetophenone, nitrobenzyl alcohol, nitrobenzoic acid, and nitrobenzaldehyde.
<Aspect 4>
The electrolytic capacitor according to any one of aspects 1 to 3, wherein the solid electrolyte phase contains polyethylenedioxythiophene as the conductive polymer compound and polystyrenesulfonic acid as a dopant.
<Aspect 5>
forming a capacitor element by stacking an anode foil having an oxide film formed on its surface and a cathode foil that has been optionally etched, with a separator interposed therebetween, and winding the stack;
impregnating the capacitor element with an aqueous solution or dispersion of a conductive polymer compound to form a solid electrolyte phase in the gap between the anode foil and the cathode foil; and
impregnating the capacitor element having a solid electrolyte phase formed therein with a liquid substance phase containing a liquid substance;
Including,
The liquid substance phase contains an aromatic nitro compound in an amount of 1.0% by mass or more,
The liquid substance is polyethylene glycol, and the proportion of pentaethylene glycol or polyethylene glycol larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol is 30 mass% or less.
A method for manufacturing electrolytic capacitors.
本開示に係る電解コンデンサによれば、導電性高分子化合物を有する電解コンデンサであって、高温下において優れた耐久性を示す電解コンデンサを提供することができる。 The electrolytic capacitor according to the present disclosure is an electrolytic capacitor having a conductive polymer compound, and can provide an electrolytic capacitor that exhibits excellent durability at high temperatures.
<<コンデンサ>>
本開示に係る電解コンデンサは、
表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、
陰極箔と、
陽極箔及び陰極箔の間に配設されたセパレータと、
を備え、
陽極箔及び陰極箔の間の空隙に、
導電性高分子化合物を含む固体電解質相と、
液状物質を含む液状物質相と、
を含み、
液状物質相が、芳香族ニトロ化合物を1.0質量%以上の量で含有しており、
液状物質が、ポリエチレングリコールであり、かつ
ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合が、30質量%以下である。
<< Capacitor >>
The electrolytic capacitor according to the present disclosure comprises:
an anode foil having an oxide film formed on its surface;
A cathode foil;
a separator disposed between the anode foil and the cathode foil;
Equipped with
In the gap between the anode foil and the cathode foil,
A solid electrolyte phase including a conductive polymer compound;
A liquid material phase including a liquid material;
Including,
The liquid substance phase contains an aromatic nitro compound in an amount of 1.0 mass% or more,
The liquid substance is polyethylene glycol, and the proportion of pentaethylene glycol or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol is 30 mass % or less.
従来から、固体電解質としての導電性高分子化合物を有する電解コンデンサにおいて、導電性高分子化合物と共に用いられる電解液又は溶液の媒体として、ポリエチレングリコール(PEG)が用いられることがある。 Conventionally, in electrolytic capacitors having a conductive polymer compound as a solid electrolyte, polyethylene glycol (PEG) has been used as the electrolyte or solution medium used together with the conductive polymer compound.
本発明の発明者らは、導電性高分子化合物を含む固体電解質相と、液状物質を含む液状物質相とを含む電解コンデンサにおいて、液状物質相に含まれるポリエチレングリコールの重合度(分子量)を最適化することによって、高温下における耐久性が向上することを見いだして、本発明に想到した。 The inventors of the present invention discovered that in an electrolytic capacitor that includes a solid electrolyte phase containing a conductive polymer compound and a liquid substance phase containing a liquid substance, the durability at high temperatures can be improved by optimizing the degree of polymerization (molecular weight) of the polyethylene glycol contained in the liquid substance phase, and thus arrived at the present invention.
より具体的には、液状物質であるポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合が、一定以下であることによって、高温下における耐久性が特に良好になることを見出した。 More specifically, it was found that durability at high temperatures is particularly good when the ratio of pentaethylene glycol or polyethylene glycol larger than pentaethylene glycol in the liquid polyethylene glycol is below a certain level.
理論によって限定する意図はないが、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合が比較的少ない場合には、導電性高分子化合物を含む固体電解質相における芳香族ニトロ化合物の配置が最適化され、その結果として、(特にはガス吸収剤としての)芳香族ニトロ化合物による熱劣化抑制効果が向上すると考えられる。 Without intending to be limited by theory, it is believed that when the proportion of pentaethylene glycol or polyethylene glycol larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol is relatively small, the arrangement of the aromatic nitro compound in the solid electrolyte phase containing the conductive polymer compound is optimized, and as a result, the effect of suppressing thermal degradation by the aromatic nitro compound (particularly as a gas absorbent) is improved.
より具体的には、液状物質相に含有される液状物質としてのポリエチレングリコールの分子量が比較的低い場合には、固体電解質相を構成する導電性高分子化合物(例えばPEDOT)に対するポチエチレングリコールのなじみの程度(特に、導電性高分子化合物から形成される固体電解質相のすきまへのポリエチレングリコールの浸透の程度)が向上すると考えられる。液状物質相は芳香族ニトロ化合物を含有するので、固体電解質相へのポリエチレングリコールのなじみの程度の向上に伴って、固体電解質相への芳香族ニトロ化合物の浸透の程度も向上すると考えられる。一方で、液状物質相に含有されるポリエチレングリコールの分子量が比較的高い場合には、例えば、比較的大きい分子量を有するポリエチレングリコールによって固体電解質層のすきまが塞がれてしまい、固体電解質を構成する導電性高分子と芳香族ニトロ化合物との接触又は近接が阻害されることが考えられる。 More specifically, when the molecular weight of the polyethylene glycol contained in the liquid substance phase is relatively low, it is considered that the degree of compatibility of the polyethylene glycol with the conductive polymer compound (e.g., PEDOT) constituting the solid electrolyte phase (particularly, the degree of penetration of the polyethylene glycol into the gaps of the solid electrolyte phase formed from the conductive polymer compound) is improved. Since the liquid substance phase contains an aromatic nitro compound, it is considered that the degree of penetration of the aromatic nitro compound into the solid electrolyte phase is improved with the improvement in the degree of compatibility of the polyethylene glycol with the solid electrolyte phase. On the other hand, when the molecular weight of the polyethylene glycol contained in the liquid substance phase is relatively high, for example, the gaps of the solid electrolyte layer are blocked by the polyethylene glycol having a relatively large molecular weight, and contact or proximity between the conductive polymer constituting the solid electrolyte and the aromatic nitro compound is inhibited.
固体電解質相に芳香族ニトロ化合物がより良好に浸透している場合には、漏れ電流などに起因して発生する水素ガスが、固体電解質相を構成する導電性高分子化合物に悪影響を及ぼす前に、芳香族ニトロ化合物によってより効果的に除去されると考えられ、その結果として、電解コンデンサの耐久性が向上すると考えられる。 When the aromatic nitro compound is more effectively absorbed into the solid electrolyte phase, hydrogen gas generated due to leakage currents, etc. is more effectively removed by the aromatic nitro compound before it can adversely affect the conductive polymer compound that constitutes the solid electrolyte phase, and as a result, the durability of the electrolytic capacitor is improved.
図面を用いて、本発明に係る例示的な実施態様をより詳細に説明する。なお、これらの図面及び例示的な実施態様は、本発明を限定するものではない。図面は概略図であり、必ずしも縮尺どおりではない。 The drawings are used to explain exemplary embodiments of the present invention in more detail. It should be noted that these drawings and exemplary embodiments are not intended to limit the present invention. The drawings are schematic and are not necessarily drawn to scale.
<実施形態に係る電解コンデンサ1の構成>
図1は、実施形態に係る電解コンデンサ1を説明するために示す図である。図1(a)は電解コンデンサ1の断面図であり、図1(b)はコンデンサ素子20の斜視図である。
<Configuration of electrolytic capacitor 1 according to embodiment>
1A and 1B are diagrams for explaining an electrolytic capacitor 1 according to an embodiment of the present invention. Fig. 1A is a cross-sectional view of the electrolytic capacitor 1, and Fig. 1B is a perspective view of a capacitor element 20.
図2は、実施形態に係る電解コンデンサ1の要部を説明するために示す図である。図2は電解コンデンサ1の要部断面図である。 Figure 2 is a diagram for explaining the main parts of the electrolytic capacitor 1 according to the embodiment. Figure 2 is a cross-sectional view of the main parts of the electrolytic capacitor 1.
実施形態に係る電解コンデンサ1は、巻回型の電解コンデンサであって、図1に示すように、有底筒状の金属ケース10と、コンデンサ素子20と、封口部材40とを備える。 The electrolytic capacitor 1 according to the embodiment is a wound-type electrolytic capacitor, and as shown in FIG. 1, includes a cylindrical metal case 10 with a bottom, a capacitor element 20, and a sealing member 40.
金属ケース10の底面部は、ほぼ円形形状をしており、中心付近に弁(図示せず。)が設けられている。このため、内圧が上昇した際に、当該弁が割れて内圧を外部に逃がすことができる構造となっている。金属ケース10の側面部は、底面部の外縁からほぼ垂直な方向に立設されている。金属ケース10の開口部は、封口部材40によって封口され、封口部材40に設けられた貫通穴を通してコンデンサ素子20の2つのリード29,30が外部に引き出されている。 The bottom surface of the metal case 10 is substantially circular, with a valve (not shown) located near the center. This allows the valve to break and release the internal pressure to the outside when the internal pressure rises. The side surface of the metal case 10 stands upright in a substantially vertical direction from the outer edge of the bottom surface. The opening of the metal case 10 is sealed with a sealing member 40, and the two leads 29, 30 of the capacitor element 20 are pulled out to the outside through a through hole provided in the sealing member 40.
コンデンサ素子20は、金属ケース10の内部に収納され、図1(b)及び図2に示すように、陽極箔21と、陰極箔23と、陽極箔21と陰極箔23との間に配設されたセパレータ25とを備え、セパレータ25を介して陽極箔21と陰極箔23とが重ね合わせて巻回されている。 The capacitor element 20 is housed inside the metal case 10, and as shown in Figs. 1(b) and 2, it comprises an anode foil 21, a cathode foil 23, and a separator 25 disposed between the anode foil 21 and the cathode foil 23, and the anode foil 21 and the cathode foil 23 are overlapped and wound with the separator 25 interposed therebetween.
図2の態様では、陽極箔21と陰極箔23との間の空隙に、微粒子状の導電性高分子化合物26からなる固体電解質相と、液状物質を含む液状物質相27とが導入されており、液状物質相27が、導電性高分子化合物26からなる固体電解質を取り囲むように存在している。陽極箔21及び陰極箔23は、それぞれ、その表面に、酸化皮膜22及び24を有する。 In the embodiment shown in FIG. 2, a solid electrolyte phase consisting of a fine particle conductive polymer compound 26 and a liquid substance phase 27 containing a liquid substance are introduced into the gap between the anode foil 21 and the cathode foil 23, and the liquid substance phase 27 is present so as to surround the solid electrolyte consisting of the conductive polymer compound 26. The anode foil 21 and the cathode foil 23 have oxide films 22 and 24 on their surfaces, respectively.
<空隙>
本開示において、「陽極箔と陰極箔との間の空隙」は、「陽極箔とセパレータとの間及び陰極箔とセパレータとの間の空隙」のみならず、「セパレータ内における繊維間の空隙」を含む。また、「陽極箔と陰極箔との間の空隙」は、「エッチング処理による粗面化で陽極箔又は陰極箔の表面に形成されたエッチングピット(凹部)における空隙」も含む。
<Gaps>
In the present disclosure, the term "gap between the anode foil and the cathode foil" includes not only "gaps between the anode foil and the separator and between the cathode foil and the separator" but also "gaps between fibers in the separator." In addition, the term "gap between the anode foil and the cathode foil" also includes "gaps in etching pits (recesses) formed in the surface of the anode foil or cathode foil by roughening through etching."
<液状物質相>
本開示に係るコンデンサは、液状物質相を含む。液状物質相は、少なくとも、液状物質及び芳香族ニトロ化合物を含む。
<Liquid substance phase>
The capacitor according to the present disclosure includes a liquid substance phase. The liquid substance phase includes at least a liquid substance and a nitro-aromatic compound.
液状物質相は、固体電解質相を取り囲むように存在することができる。 The liquid phase can be present surrounding the solid electrolyte phase.
液状物質相は、好ましくは、液状物質及び芳香族ニトロ化合物、並びに随意の水から実質的に構成される。すなわち、好ましくは、液状物質相は、液状物質及び芳香族ニトロ化合物並びに随意の水から構成されており、これら以外の成分を、10質量%以下、5質量%以下、2質量%以下、1質量%以下、又はさらには0.1質量%以下の割合で含む。 The liquid substance phase is preferably substantially composed of a liquid substance, an aromatic nitro compound, and optionally water. That is, the liquid substance phase is preferably composed of a liquid substance, an aromatic nitro compound, and optionally water, and contains other components in a proportion of 10% by mass or less, 5% by mass or less, 2% by mass or less, 1% by mass or less, or even 0.1% by mass or less.
本開示に係るコンデンサにおいて、陽極箔及び陰極箔の間の空隙に占める液状物質相の割合は、10vol%~99vol%、特には50vol%~99vol%、又はさらには60vol%~99vol%であってよい。 In the capacitor according to the present disclosure, the proportion of the liquid substance phase occupying the gap between the anode foil and the cathode foil may be 10 vol% to 99 vol%, particularly 50 vol% to 99 vol%, or even 60 vol% to 99 vol%.
(液状物質)
液状物質相に含有される液状物質は、ポリエチレングリコール(PEG)である。なお、液状物質相は、エチレングリコールを含む場合がある。液状物質相がエチレングリコールを含む場合、その含有量は、液状物質相に対して、5質量%以下、又はさらには1質量%以下であってよい。好ましい1つの実施態様では、液状物質相は、エチレングリコールを含まない。
(Liquid substance)
The liquid substance contained in the liquid substance phase is polyethylene glycol (PEG). The liquid substance phase may contain ethylene glycol. When the liquid substance phase contains ethylene glycol, the content of ethylene glycol may be 5% by mass or less, or even 1% by mass or less, based on the liquid substance phase. In a preferred embodiment, the liquid substance phase does not contain ethylene glycol.
(ポリエチレングリコール)
ポリエチレングリコール(PEG)としては、
ジエチレングリコール(「PEG-2」と略称する)、
トリエチレングリコール(「PEG-3」と略称する)、
テトラエチレングリコール(「PEG-4」と略称する)、
ペンタエチレングリコール(「PEG-5」と略称する)、
ヘキサエチレングリコール(「PEG-6」と略称する)、
ヘプタエチレングリコール(「PEG-7」と略称する)、
オクタエチレングリコール(「PEG-8」と略称する)、及び
ノナエチレングリコール(「PEG-9」と略称する)
が挙げられる。ポリエチレングリコールは、これらの例示に限定されず、上記のポリエチレングリコールよりも重合度の高い(分子量の大きい)ポリエチレングリコールも含まれる。
(Polyethylene glycol)
Polyethylene glycol (PEG) is
Diethylene glycol (abbreviated as "PEG-2"),
Triethylene glycol (abbreviated as "PEG-3"),
Tetraethylene glycol (abbreviated as "PEG-4"),
Pentaethylene glycol (abbreviated as "PEG-5"),
Hexaethylene glycol (abbreviated as "PEG-6"),
heptaethylene glycol (abbreviated as "PEG-7"),
Octaethylene glycol (abbreviated as "PEG-8"), and nonaethylene glycol (abbreviated as "PEG-9")
The polyethylene glycol is not limited to these examples, and also includes polyethylene glycols having a higher degree of polymerization (higher molecular weight) than the above polyethylene glycols.
液状物質(ポリエチレングリコール)は、分子量の異なる2種以上のポリエチレングリコールの混合体であってよく、又は、単一の分子量を有する1種のポリエチレングリコールであってもよい。 The liquid substance (polyethylene glycol) may be a mixture of two or more types of polyethylene glycol with different molecular weights, or it may be a single type of polyethylene glycol with a single molecular weight.
分子量の異なる2種以上のポリエチレングリコールの混合体は、例えば、特定の分子量を有するポリエチレングリコール(例えば、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール)を、2種以上、混合することによって、作製することができる。 A mixture of two or more polyethylene glycols with different molecular weights can be prepared, for example, by mixing two or more polyethylene glycols having specific molecular weights (e.g., triethylene glycol, tetraethylene glycol).
本開示に係る好ましい実施態様のうちの1つでは、液状物質(ポリエチレングリコール)は、トリエチレングリコール(PEG-3)及びテトラエチレングリコール(PEG-4)の混合体を含み、又はこの混合体から実質的に構成される(すなわちこれら以外の成分を0.1質量%以下で含む)。 In one of the preferred embodiments of the present disclosure, the liquid substance (polyethylene glycol) comprises a mixture of triethylene glycol (PEG-3) and tetraethylene glycol (PEG-4) or consists essentially of this mixture (i.e., contains 0.1% by weight or less of other components).
液状物質(ポリエチレングリコール)の含有量は、液状物質相に対して、好ましくは80~99質量%、より好ましくは85~98質量%、さらに好ましくは90~96質量%、特に好ましくは92~95質量%である。 The content of the liquid substance (polyethylene glycol) is preferably 80 to 99% by mass, more preferably 85 to 98% by mass, even more preferably 90 to 96% by mass, and particularly preferably 92 to 95% by mass, relative to the liquid substance phase.
(比較的大きい分子量を有するPEGの割合)
上述のとおり、本開示に係るコンデンサでは、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合が、30質量%以下である。
(Proportion of PEG with relatively high molecular weight)
As described above, in the capacitor according to the present disclosure, the proportion of pentaethylene glycol or polyethylene glycol larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol is 30 mass % or less.
この割合は、28質量%以下、26質量%以下、24質量%以下、若しくは22質量%以下であってよい。 This proportion may be 28% by weight or less, 26% by weight or less, 24% by weight or less, or 22% by weight or less.
本発明の特に好ましい実施態様では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合が、20質量%以下、15質量%以下、10質量%以下、5質量%以下、又は1質量%以下である。この割合の下限は特に限定されないが、0.1質量%以上、1質量%以上、2質量%以上、4質量%以上、6質量%以上、8質量%以上、又は10質量%以上であってよい。 In a particularly preferred embodiment of the present invention, the proportion of pentaethylene glycol or larger polyethylene glycol in the polyethylene glycol is 20% by mass or less, 15% by mass or less, 10% by mass or less, 5% by mass or less, or 1% by mass or less. The lower limit of this proportion is not particularly limited, but may be 0.1% by mass or more, 1% by mass or more, 2% by mass or more, 4% by mass or more, 6% by mass or more, 8% by mass or more, or 10% by mass or more.
特に好ましくは、ポリエチレングリコールが、ペンタエチレングリコール又はそれよりも大きいポリエチレングリコールを実質的に含まない。「実質的に含まない」とは、当該成分の含有量が0.1質量%以下であることを意味する。 It is particularly preferred that the polyethylene glycol is substantially free of pentaethylene glycol or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol. "Substantially free" means that the content of the component is 0.1% by mass or less.
ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合が30質量%以下である液状物質(ポリエチレングリコール)を作製する方法は、特に限定されない。例えば、ペンタエチレングリコールよりも小さいポリエチレングリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、及びテトラエチレングリコール)のうちの少なくとも1つのみを用いることによって得ることができる。 There is no particular limitation on the method for producing a liquid substance (polyethylene glycol) in which the proportion of pentaethylene glycol or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in polyethylene glycol is 30 mass % or less. For example, it can be obtained by using only at least one of the polyethylene glycols smaller than pentaethylene glycol (diethylene glycol, triethylene glycol, and tetraethylene glycol).
また、ペンタエチレングリコール若しくはそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合が30質量%超であるポリエチレングリコールの混合体、又はペンタエチレングリコール若しくはそれよりも大きい分子量を有するポリエチレングリコールに、ペンタエチレングリコールよりも小さいポリエチレングリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、及びテトラエチレングリコール)のうちの少なくとも1つを含有させることによって、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合が30質量%以下となるようにすることもできる。 In addition, by incorporating at least one of polyethylene glycols smaller than pentaethylene glycol (diethylene glycol, triethylene glycol, and tetraethylene glycol) into a mixture of polyethylene glycols in which the proportion of pentaethylene glycol or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol exceeds 30% by mass, or into pentaethylene glycol or polyethylene glycols having a molecular weight larger than pentaethylene glycol, the proportion of pentaethylene glycol or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol can be made to be 30% by mass or less.
(比較的小さい分子量を有するPEGの割合)
本発明の特に好ましい実施態様では、液状物質であるポリエチレングリコールにおけるテトラエチレングリコール又はそれよりも小さいポリエチレングリコールの割合が、70質量%以上、75質量%以上、80質量%以上、85質量%以上、90質量%以上、95質量%以上、98質量%以上、又は99質量%以上である。この割合の上限は特に限定されないが、100質量%未満、又は99.9質量%未満であってよい。
(Proportion of PEG with a relatively small molecular weight)
In a particularly preferred embodiment of the present invention, the proportion of tetraethylene glycol or smaller polyethylene glycol in the polyethylene glycol liquid substance is 70% by mass or more, 75% by mass or more, 80% by mass or more, 85% by mass or more, 90% by mass or more, 95% by mass or more, 98% by mass or more, or 99% by mass or more. The upper limit of this proportion is not particularly limited, but may be less than 100% by mass or less than 99.9% by mass.
(分子量)
好ましくは、液状物質であるポリエチレングリコールは、200未満の平均分子量又は分子量を有する。液状物質であるポリエチレングリコールの平均分子量又は分子量は、より好ましくは、190以下、180以下、170以下、若しくは160以下であり、かつ/又は、100以上、110以上、120以上、130以上、若しくは140以上である。
(Molecular Weight)
Preferably, the liquid material polyethylene glycol has an average molecular weight or molecular weight of less than 200. The average molecular weight or molecular weight of the liquid material polyethylene glycol is more preferably 190 or less, 180 or less, 170 or less, or 160 or less, and/or 100 or more, 110 or more, 120 or more, 130 or more, or 140 or more.
本開示において、液状物質であるポリエチレングリコールの「平均分子量」は、液状物質であるポリエチレングリコールを調製する際に用いたそれぞれのポリエチレングリコールの仕込み量(割合)から算出することができる。あるいは、液状物質であるポリエチレングリコールの「平均分子量」として、GPC分析(ゲル浸透クロマトグラフィー分析)によって計測された平均分子量を用いることができる。 In the present disclosure, the "average molecular weight" of the liquid substance polyethylene glycol can be calculated from the amounts (proportions) of the polyethylene glycols used in preparing the liquid substance polyethylene glycol. Alternatively, the average molecular weight measured by GPC analysis (gel permeation chromatography analysis) can be used as the "average molecular weight" of the liquid substance polyethylene glycol.
<芳香族ニトロ化合物>
液状物質相は、芳香族ニトロ化合物を1.0質量%以上の量で含有する。この場合には、高温下での優れた耐久性を有するコンデンサが得られる。
<Aromatic nitro compounds>
The liquid substance phase contains an aromatic nitro compound in an amount of 1.0 mass % or more, whereby a capacitor having excellent durability at high temperatures can be obtained.
芳香族ニトロ化合物は、ニトロ基を有する芳香族化合物である。 Aromatic nitro compounds are aromatic compounds that contain a nitro group.
芳香族ニトロ化合物は、ニトロフェノール、ニトロアセトフェノン、ニトロベンジルアルコール、ニトロ安息香酸、ニトロベンズアルデヒド、ニトロベンゼンカルボン酸、ニトロベンゼンジカルボン酸、ニトロアニリン、ニトロアニソール、ニトロトルエン、ニトロアセトアニリド、ニトロクレゾール、ニトロフェニル酢酸、メチルニトロ安息香酸、ジニトロ安息香酸、ニトロテレフタル酸、及びニトロイソフタル酸からなる群より選択される少なくとも1つであってよい。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて併用してもよい。 The aromatic nitro compound may be at least one selected from the group consisting of nitrophenol, nitroacetophenone, nitrobenzyl alcohol, nitrobenzoic acid, nitrobenzaldehyde, nitrobenzene carboxylic acid, nitrobenzene dicarboxylic acid, nitroaniline, nitroanisole, nitrotoluene, nitroacetanilide, nitrocresol, nitrophenyl acetic acid, methyl nitrobenzoic acid, dinitrobenzoic acid, nitroterephthalic acid, and nitroisophthalic acid. These may be used alone or in combination of two or more.
好ましくは、芳香族ニトロ化合物は、ニトロフェノール、ニトロアセトフェノン、ニトロベンジルアルコール、ニトロ安息香酸、及びニトロベンズアルデヒドからなる群より選択される少なくとも1つである。 Preferably, the aromatic nitro compound is at least one selected from the group consisting of nitrophenol, nitroacetophenone, nitrobenzyl alcohol, nitrobenzoic acid, and nitrobenzaldehyde.
芳香族ニトロ化合物は、特に好ましくは、ニトロアセトフェノンである。芳香族ニトロ化合物としてニトロアセトフェノンを用いた場合には、特に良好な熱耐久性を有するコンデンサを得ることができる。 The aromatic nitro compound is preferably nitroacetophenone. When nitroacetophenone is used as the aromatic nitro compound, a capacitor with particularly good thermal durability can be obtained.
芳香族ニトロ化合物の含有量は、液状物質相に対して、1.1質量%以上、1.2質量%イ所、1.3質量%以上、1.4質量%以上、1.5質量%以上、2質量%以上、若しくは3質量%以上であってよく、かつ/又は、10質量%以下、8質量%以下、若しくは6質量%以下であってよい。 The content of aromatic nitro compounds may be 1.1% by mass or more, 1.2% by mass or more, 1.3% by mass or more, 1.4% by mass or more, 1.5% by mass or more, 2% by mass or more, or 3% by mass or more, and/or 10% by mass or less, 8% by mass or less, or 6% by mass or less, based on the liquid substance phase.
芳香族ニトロ化合物の含有量は、液状物質相に対して、好ましくは1.0~10質量%、より好ましくは1.2~8質量%、さらに好ましくは1.4~6質量%である。この場合には、高温下での特に優れた耐久性を有するコンデンサが得られる。 The content of the aromatic nitro compound is preferably 1.0 to 10 mass % relative to the liquid substance phase, more preferably 1.2 to 8 mass %, and even more preferably 1.4 to 6 mass %. In this case, a capacitor with particularly excellent durability at high temperatures is obtained.
<水>
液状物質相は、水を含有することができる。
<Water>
The liquid phase may contain water.
陽極箔と陰極箔との間の空隙に存在する液状物質相が、液体状の水溶性高分子化合物に加えて「水」を含有する場合には、電解コンデンサを作製する過程で酸化皮膜に欠損が生じたとしても、水溶性高分子化合物が保持する水分に加えて「水」由来の水分を欠損の修復に使用することが可能となる。その結果、酸化皮膜の欠損密度の低減、及び漏れ電流の低減に関して、特に良好な効果を得ることができる。 When the liquid substance phase present in the gap between the anode foil and the cathode foil contains "water" in addition to the liquid water-soluble polymer compound, even if defects occur in the oxide film during the process of manufacturing the electrolytic capacitor, it is possible to use the moisture from the "water" to repair the defects in addition to the moisture held by the water-soluble polymer compound. As a result, particularly good effects can be obtained in terms of reducing the defect density in the oxide film and reducing leakage current.
水の含有量は、液状物質相に対して、0質量%~10質量%であってよく、好ましくは0.1質量%~10質量%であり、より好ましくは0.5~5質量%である。水の含有量がこの範囲にある場合には、酸化皮膜の欠損修復効果を十分に得ることができ、かつ、水の含有量が多すぎることによる弊害(高温環境下で長期間使用した場合に起こり得るコンデンサの膨張など)を回避又は抑制できることがある。 The water content may be 0% to 10% by mass, preferably 0.1% to 10% by mass, and more preferably 0.5 to 5% by mass, relative to the liquid substance phase. When the water content is within this range, the oxide film defect repair effect can be sufficiently obtained, and adverse effects caused by an excessive water content (such as expansion of the capacitor that can occur when used for a long period of time in a high-temperature environment) can be avoided or suppressed.
液状物質相は、液状物質及び芳香族ニトロ化合物の他に、イオン性化合物を含有することもできる。イオン性化合物としては、有機塩が挙げられる。有機塩は、塩を構成する塩基及び酸のうちの少なくとも一方が有機物であるものをいう。なお、本開示に係る1つの実施態様では、液状物質相は、液状物質及び芳香族ニトロ化合物を含む一方で、イオン性化合物(特には有機塩)を含まない。 The liquid substance phase may contain an ionic compound in addition to the liquid substance and the aromatic nitro compound. An example of the ionic compound is an organic salt. An organic salt is a salt in which at least one of the base and the acid that constitute the salt is organic. In one embodiment of the present disclosure, the liquid substance phase contains a liquid substance and an aromatic nitro compound, but does not contain an ionic compound (particularly an organic salt).
<陽極箔>
本開示に係るコンデンサは、表面に酸化皮膜が形成された陽極箔を含む。
<Anode foil>
A capacitor according to the present disclosure includes an anode foil having an oxide film formed on its surface.
陽極箔は、アルミニウム、タンタル、ニオブなどの弁金属から形成されてよい。 The anode foil may be formed from a valve metal such as aluminum, tantalum, or niobium.
陽極箔は、その表面に、酸化皮膜を有する。例えば、公知の方法に従ったエッチング処理による粗面化及びその後の化成処理によって、陽極箔の表面に酸化皮膜を形成することができる。 The anode foil has an oxide film on its surface. For example, an oxide film can be formed on the surface of the anode foil by roughening the surface through an etching process according to a known method and then performing a chemical conversion treatment.
<陰極箔>
本開示に係るコンデンサは、陰極箔を含む。
<Cathode foil>
A capacitor according to the present disclosure includes a cathode foil.
陰極箔は、陽極箔と同様に、アルミニウム、タンタル、ニオブなどの弁金属から形成されてよい。 The cathode foil, like the anode foil, may be formed from a valve metal such as aluminum, tantalum, or niobium.
陰極箔は、その表面に酸化皮膜が形成されてもよい。陰極箔の表面は、例えば、陽極箔と同様にエッチング処理により粗面化された後、自然酸化によって、酸化皮膜が形成されていてよい。また、陰極箔は、所望の電圧(例えば2V)で化成処理されてもよく、それによって酸化皮膜が形成されていてもよい。 The cathode foil may have an oxide film formed on its surface. The surface of the cathode foil may be roughened by etching in the same manner as the anode foil, and then an oxide film may be formed by natural oxidation. The cathode foil may also be subjected to a chemical conversion treatment at a desired voltage (e.g., 2 V), which may result in the formation of an oxide film.
<セパレータ>
本開示に係るコンデンサは、セパレータを含む。セパレータは、陽極箔及び陰極箔の間に配設される。
<Separator>
A capacitor according to the present disclosure includes a separator disposed between the anode foil and the cathode foil.
セパレータとしては、導電性高分子粒子や水溶性高分子と化学的に馴染み易いセルロース繊維、耐熱性に優れたナイロン、PET、PPSのような合成樹脂で形成されたものが好ましく、例えば、耐熱性セルロース紙や耐熱性難燃紙を用いることができる。より詳細には、セパレータとしては、セルロース及びこれらの混合紙、ポリエステル系樹脂、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、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、トリメチルペンテン樹脂が挙げられ、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。また、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、ビニロン系樹脂も挙げられる。ポリエステル系樹脂としては、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、及びそれらの誘導体が挙げられる。ポリアミド系樹脂としては、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が挙げられる。セルロースとしては、クラフト、マニラ麻、エスパルト、ヘンプ、及びレーヨンが挙げられる。 As the separator, those formed of cellulose fibers, which are chemically compatible with conductive polymer particles and water-soluble polymers, and synthetic resins such as nylon, PET, and PPS, which have excellent heat resistance, are preferable, and for example, heat-resistant cellulose paper and heat-resistant flame-retardant paper can be used. More specifically, examples of the separator include cellulose and mixed papers thereof, polyester resins, polyamide resins, polyimide resins, polyethylene resins, polypropylene resins, polyphenylene sulfide resins, acrylic resins, polyvinyl alcohol resins, and trimethylpentene resins, and these resins can be used alone or in combination. In addition, polytetrafluoroethylene resins, polyvinylidene fluoride resins, and vinylon resins can also be used. Examples of polyester resins include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and derivatives thereof. Examples of polyamide resins include aliphatic polyamides, semi-aromatic polyamides, and fully aromatic polyamides. Examples of cellulose include kraft, Manila hemp, esparto, hemp, and rayon.
<固体電解質相>
本開示に係るコンデンサは、陽極箔及び陰極箔の間の空隙に、固体電解質相を含む。
<Solid electrolyte phase>
Capacitors according to the present disclosure include a solid electrolyte phase in the gap between the anode and cathode foils.
(導電性高分子化合物)
固体電解質相は、導電性高分子化合物を含み、特には導電性高分子化合物から実質的に構成される。
(Conductive polymer compound)
The solid electrolyte phase contains a conductive polymer compound, and in particular is substantially composed of a conductive polymer compound.
導電性高分子化合物としては、ポリチオフェン、ポリピロール、及びポリアリニン、並びにこれらの誘導体から選択される少なくとも1つが挙げられる。導電性高分子化合物は、これらのうちの少なくとも1つであってよい。好ましい導電性高分子化合物は、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)(特には、ポリ(3,4エチレンジオキシチオフェン))である。 The conductive polymer compound may be at least one selected from polythiophene, polypyrrole, and polyaniline, and derivatives thereof. The conductive polymer compound may be at least one of these. A preferred conductive polymer compound is polyethylenedioxythiophene (PEDOT) (particularly poly(3,4-ethylenedioxythiophene)).
固体電解質相は、ドーパントをさらに含むことができる。ドーパントとしては、ポリスチレンスルホン酸(PSS)、トルエンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、及びナフタレンスルホン酸、並びにこれらの誘導体が挙げられる。これらは、1つを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The solid electrolyte phase may further include a dopant. Examples of dopants include polystyrene sulfonic acid (PSS), toluene sulfonic acid, alkylbenzene sulfonic acid, and naphthalene sulfonic acid, as well as derivatives thereof. These may be used alone or in combination of two or more.
ポリスチレンスルホン酸としては、重量平均分子量が10,000~1,000,000のものが好ましい。 The polystyrene sulfonic acid preferably has a weight average molecular weight of 10,000 to 1,000,000.
好ましい実施態様では、固体電解質相が、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、及びドーパントとしてのポリスチレンスルホン酸(PSS)を含む。 In a preferred embodiment, the solid electrolyte phase comprises polyethylenedioxythiophene (PEDOT) and polystyrenesulfonic acid (PSS) as a dopant.
導電性高分子化合物は、微粒子状であってよい。微粒子状の導電性高分子化合物の平均粒子径は、好ましくは、1nm~300nm、又はさらには5nm~200nmの範囲(例えば20nm)である。 The conductive polymer compound may be in the form of fine particles. The average particle size of the fine particle conductive polymer compound is preferably in the range of 1 nm to 300 nm, or even 5 nm to 200 nm (e.g., 20 nm).
本開示に係るコンデンサにおいて、陽極箔及び陰極箔の間の空隙に占める導電性高分子化合物の割合は、0.5vol%~20vol%、又はさらには1vol%~10vol%であってよい。 In the capacitor according to the present disclosure, the proportion of the conductive polymer compound in the gap between the anode foil and the cathode foil may be 0.5 vol% to 20 vol%, or even 1 vol% to 10 vol%.
(固体電解質相の形成)
導電性高分子化合物を含む固体電解質相を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、浸漬含浸法によって形成することができる。例えば、導電性高分子化合物を分散媒に分散させた分散液(導電性高分子化合物分散液)又は導電性高分子化合物を溶媒に溶解させた溶液(導電性高分子化合物溶液)を空隙に充填した後、加熱乾燥などによって空隙から分散媒又は溶媒を除去することによって、固体電解質相を形成することができる。
(Formation of solid electrolyte phase)
The method for forming the solid electrolyte phase containing the conductive polymer compound is not particularly limited, but for example, it can be formed by a dipping impregnation method. For example, the solid electrolyte phase can be formed by filling a dispersion liquid (conductive polymer compound dispersion liquid) in which the conductive polymer compound is dispersed in a dispersion medium or a solution (conductive polymer compound solution) in which the conductive polymer compound is dissolved in a solvent into the voids, and then removing the dispersion medium or the solvent from the voids by heating and drying or the like.
より具体的には、例えば、導入槽を用いて、導電性高分子化合物分散液又は導電性高分子化合物溶液に、コンデンサ素子を浸漬する。そして、コンデンサ素子を導電性高分子化合物分散液又は導電性高分子化合物溶液から取り出し、コンデンサ素子を加熱処理することによって、固体電解質相を形成することができる。この操作は、複数回にわたって繰り返してよく、それによって、固体電解質相の充填量を増加させることができる。 More specifically, for example, a capacitor element is immersed in a conductive polymer dispersion or a conductive polymer solution using an introduction tank. The capacitor element is then removed from the conductive polymer dispersion or the conductive polymer solution, and the capacitor element is heat-treated to form a solid electrolyte phase. This operation may be repeated multiple times, thereby increasing the amount of filling of the solid electrolyte phase.
導電性高分子化合物を含む固体電解質相は、モノマーをいわゆる「その場重合」で重合させて形成してもよい。 The solid electrolyte phase containing the conductive polymer compound may be formed by polymerizing the monomer in a so-called "in situ polymerization".
導電性高分子化合物分散液又は導電性高分子化合物溶液における導電性高分子の含有量は、0.1~10質量%、特には1~3質量%であってよい。 The conductive polymer content in the conductive polymer dispersion or conductive polymer solution may be 0.1 to 10% by mass, particularly 1 to 3% by mass.
導電性高分子化合物分散液のための分散媒としては、例えば、水、アルコール(メタノール、エタノール、1-プロパノール、ブタノール)などのプロトン性溶媒、及びこれらの混和物などを用いることができる。また、導電性高分子化合物溶液のための溶媒としては、例えば、水、アルコール(メタノール、エタノール、1-プロパノール、ブタノール)などのプロトン性溶媒、及びこれらの混和物などを用いることができる。なお、導電性高分子化合物分散液又は導電性高分子化合物溶液に芳香族ニトロ化合物を含有させてもよい。 As a dispersion medium for the conductive polymer compound dispersion, for example, protic solvents such as water, alcohol (methanol, ethanol, 1-propanol, butanol), and mixtures thereof can be used. As a solvent for the conductive polymer compound solution, for example, protic solvents such as water, alcohol (methanol, ethanol, 1-propanol, butanol), and mixtures thereof can be used. An aromatic nitro compound may be contained in the conductive polymer compound dispersion or the conductive polymer compound solution.
導電性高分子化合物分散液又は導電性高分子化合物溶液は、添加剤としてその他の化合物を含有することができ、例えば、高沸点化合物(特には150℃以上の沸点を有する化合物)を含有することができる。添加剤としては、ポリオール類(エチレングリコール、ポリエチレングリコール、及びこれらの誘導体;グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン、及びこれらの誘導体など)、糖アルコール類(ソルビトール、マンニトールなど)、γ-ブチロラクトン、ブタンジオール、ジメチルスルホキシド、スルホラン、N-メチルピロリドン、及びジメチルスルホランなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The conductive polymer dispersion or conductive polymer solution may contain other compounds as additives, for example, high-boiling point compounds (particularly compounds having a boiling point of 150°C or higher). Examples of additives include polyols (ethylene glycol, polyethylene glycol, and derivatives thereof; glycerin, diglycerin, polyglycerin, and derivatives thereof), sugar alcohols (sorbitol, mannitol, etc.), γ-butyrolactone, butanediol, dimethyl sulfoxide, sulfolane, N-methylpyrrolidone, and dimethyl sulfolane. These may be used alone or in combination of two or more.
導電性高分子化合物分散液又は導電性高分子化合物溶液における添加剤の含有量は、1~40質量%であってよく、特には2~30質量%、又はさらには5~25質量%であってよい。添加剤の含有量は、1~20質量%であってもよい。 The content of the additive in the conductive polymer compound dispersion or conductive polymer compound solution may be 1 to 40% by mass, particularly 2 to 30% by mass, or even 5 to 25% by mass. The content of the additive may be 1 to 20% by mass.
<コンデンサ>
(CAP)
本開示に係るコンデンサは、実施例で記載される方法に従って120Hzで計測したときに、200~400μF、又はさらには220~350μFの容量を有することができる。
<Capacitor>
(CAP)
Capacitors according to the present disclosure may have a capacitance of 200-400 μF, or even 220-350 μF, when measured at 120 Hz according to the method described in the Examples.
(tanδ)
本開示に係るコンデンサは、実施例で記載される方法に従って120Hzで計測したときに、0.5~4.0%、又はさらには1.0~3.0%のtanδを有することができる。
(tan δ)
Capacitors according to the present disclosure may have a tan delta of 0.5 to 4.0%, or even 1.0 to 3.0%, when measured at 120 Hz according to the method described in the Examples.
(ESR)
本開示に係るコンデンサは、実施例で記載される方法に従って100kHzで計測したときに、5~30mΩ、又はさらには8~20mΩのESRを有することができる。
(ESR)
Capacitors according to the present disclosure may have an ESR of 5 to 30 mΩ, or even 8 to 20 mΩ, when measured at 100 kHz according to the method described in the Examples.
<<コンデンサの製造方法>>
本発明に係るコンデンサを製造する方法は、特に限定されない。本開示に係るコンデンサは、特には、本開示に係る下記の製造方法によって製造できる:
表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、随意にエッチング処理された陰極箔とを、セパレータを介して重ね合わせて巻回することによって、コンデンサ素子を形成すること、
コンデンサ素子に導電性高分子化合物の水溶液又は分散液を含浸させて、陽極箔と陰極箔の間の空隙に固体電解質相を形成すること、及び、
固体電解質相が形成されたコンデンサ素子に、液状物質を含む液状物質相を含浸させること、
を含み、
液状物質相が、芳香族ニトロ化合物を1.0質量%以上の量で含有し、
液状物質が、ポリエチレングリコールであり、かつ
ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合が、30質量%以下である、
電解コンデンサの製造方法。
<<Capacitor manufacturing method>>
The method for producing the capacitor according to the present disclosure is not particularly limited. In particular, the capacitor according to the present disclosure can be produced by the following production method according to the present disclosure:
forming a capacitor element by stacking an anode foil having an oxide film formed on its surface and a cathode foil that has been optionally etched, with a separator interposed therebetween, and winding the stack;
impregnating the capacitor element with an aqueous solution or dispersion of a conductive polymer compound to form a solid electrolyte phase in the gap between the anode foil and the cathode foil; and
impregnating a capacitor element having a solid electrolyte phase formed therein with a liquid substance phase containing a liquid substance;
Including,
The liquid substance phase contains an aromatic nitro compound in an amount of 1.0% by mass or more,
The liquid substance is polyethylene glycol, and the proportion of pentaethylene glycol or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol is 30 mass% or less.
A method for manufacturing electrolytic capacitors.
本開示に係るこの製造方法の各構成要素(陽極箔、陰極箔、固体電解質相、液状物質相、液状物質など)の詳細については、本開示に係る電解コンデンサに関する上記の記載を参照できる。 For details of each component of the manufacturing method according to the present disclosure (anode foil, cathode foil, solid electrolyte phase, liquid substance phase, liquid substance, etc.), please refer to the above description of the electrolytic capacitor according to the present disclosure.
例示的な実施形態における電解コンデンサの製造方法を以下で説明する。この例示的な製造方法は、コンデンサ素子作製工程と、化成処理工程と、固体電解質相導入工程と、液状物質相導入工程と、組立・封止工程とをこの順序で含む。 A method for manufacturing an electrolytic capacitor in an exemplary embodiment is described below. This exemplary manufacturing method includes, in this order, a capacitor element fabrication process, a chemical conversion treatment process, a solid electrolyte phase introduction process, a liquid substance phase introduction process, and an assembly and sealing process.
(1)コンデンサ素子作製工程
電解コンデンサの例示的な方法では、まず、陽極箔21として、アルミニウム箔を提供する。拡面化処理によってアルミニウム箔の表面を粗面化した後に、粗面化されたアルミニウム箔の表面に2V~500Vの所定の電圧を印加して化成処理を施し、それによって、アルミニウム箔の表面に酸化皮膜22を形成する。そして、酸化皮膜22を有する陽極箔21と、随意にエッチング処理された陰極箔23と、陽極箔21と陰極箔23との間に配設されたセパレータ25とを備えるコンデンサ素子を作製する(図1(b)参照。)。具体的には、セパレータ25を介して、凹凸表面(粗面)を有し当該凹凸表面に酸化皮膜22が形成された陽極箔21と凹凸表面を有する陰極箔23とを重ね合わせて巻回することによってコンデンサ素子20を作製する。このとき、陽極箔21にはリード30が接続されており、陰極箔23にはリード29が接続されている。
(1) Capacitor Element Preparation Process In an exemplary method of an electrolytic capacitor, first, an aluminum foil is provided as an anode foil 21. After the surface of the aluminum foil is roughened by a surface enlarging process, a predetermined voltage of 2V to 500V is applied to the roughened surface of the aluminum foil to perform a chemical conversion process, thereby forming an oxide film 22 on the surface of the aluminum foil. Then, a capacitor element is prepared that includes an anode foil 21 having an oxide film 22, a cathode foil 23 that has been optionally etched, and a separator 25 disposed between the anode foil 21 and the cathode foil 23 (see FIG. 1(b)). Specifically, the anode foil 21 having an uneven surface (rough surface) and the oxide film 22 formed on the uneven surface and the cathode foil 23 having an uneven surface are overlapped and wound through the separator 25 to prepare a capacitor element 20. At this time, a lead 30 is connected to the anode foil 21, and a lead 29 is connected to the cathode foil 23.
(2)化成処理工程
次に、コンデンサ素子20を化成液槽中の化成液に浸漬するとともに、陽極側のリード30と化成液との間に所定の電圧(例えば100V)を5分間印加する。この操作によって、陽極箔21の端部に存在する酸化皮膜欠損部及び表面に存在することがある酸化皮膜欠損部が修復される。
(2) Chemical Conversion Treatment Step Next, the capacitor element 20 is immersed in a chemical conversion solution in a chemical conversion solution tank, and a predetermined voltage (e.g., 100 V) is applied between the anode lead 30 and the chemical conversion solution for 5 minutes. This operation repairs defects in the oxide film present at the edge of the anode foil 21 and defects in the oxide film that may be present on the surface.
化成液としては、化成液(例えば、アジピン酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、グルタル酸アンモニウム、アゼライン酸アンモニウム、酒石酸アンモニウム、セバシン酸アンモニウム、ピメリン酸アンモニウム、スベリン酸アンモニウムなどの水溶液)を用いることができる。 The chemical conversion liquid may be an aqueous solution of, for example, ammonium adipate, ammonium borate, ammonium phosphate, ammonium glutarate, ammonium azelaate, ammonium tartrate, ammonium sebacate, ammonium pimelate, or ammonium suberate.
(3)固体電解質相導入工程
次に、陽極箔21と陰極箔23との間の空隙に、微粒子状の導電性高分子化合物26からなる固体電解質相を、空隙に占める固体電解質相の割合が例えば2vol%~30vol%の範囲内になるように導入する。固体電解質相導入工程では、例えば、導電性高分子化合物を分散媒に分散させた導電性高分子化合物分散液を空隙に充填した後、空隙から分散媒を除去することによって、空隙に固体電解質相を導入することができる。導電性高分子化合物分散液の代わりに、導電性高分子化合物を溶媒に溶解させた溶液(導電性高分子化合物溶液)を用いてもよい。
(3) Solid Electrolyte Phase Introducing Step Next, a solid electrolyte phase consisting of fine particle conductive polymer compound 26 is introduced into the gap between the anode foil 21 and the cathode foil 23 so that the ratio of the solid electrolyte phase occupying the gap is within a range of, for example, 2 vol % to 30 vol %. In the solid electrolyte phase introducing step, for example, a conductive polymer compound dispersion liquid in which a conductive polymer compound is dispersed in a dispersion medium is filled into the gap, and then the dispersion medium is removed from the gap, thereby introducing the solid electrolyte phase into the gap. Instead of the conductive polymer compound dispersion liquid, a solution in which a conductive polymer compound is dissolved in a solvent (conductive polymer compound solution) may be used.
より具体的には、固体電解質相導入工程は、浸漬含浸法により行うことができる。すなわち、導電性高分子化合物分散液(例えばポリマー濃度2vol%)を導入槽中に満たした後、コンデンサ素子を導電性高分子化合物分散液に浸漬する。次に、コンデンサ素子を導入槽から取り出し、その後、コンデンサ素子を加熱処理する。 More specifically, the solid electrolyte phase introduction step can be performed by a dipping impregnation method. That is, after filling an introduction tank with a conductive polymer compound dispersion liquid (e.g., polymer concentration 2 vol%), the capacitor element is immersed in the conductive polymer compound dispersion liquid. Next, the capacitor element is removed from the introduction tank, and then the capacitor element is heat-treated.
導電性高分子化合物分散液は、懸濁状態にあるモノマー(例えばPEDOTモノマー)を重合(ラジカル重合又は酸化重合)させることによってドーパントや乳化剤が添加された導電性高分子化合物(例えばPEDOTポリマー)からなる微粒子状の導電性高分子化合物を作製し、当該微粒子状の導電性高分子化合物を所定の分散媒に分散させることによって、作製することができる。導電性高分子化合物の平均粒子径は、重合反応条件(例えば、開始剤、モノマー、重合補助剤などの濃度、反応温度、反応溶液の攪拌条件など)を適宜設定することによって調節することができる。また、公知の粉砕処理(例えば、攪拌粉砕処理、振動粉砕処理など)を施すことによって調節することもできる。また、分取濾過処理により粒子径を均一化することもできる。 The conductive polymer dispersion liquid can be produced by polymerizing (radical polymerization or oxidative polymerization) a monomer (e.g., PEDOT monomer) in suspension to produce a conductive polymer compound in the form of fine particles (e.g., PEDOT polymer) to which a dopant or emulsifier has been added, and dispersing the fine particles of the conductive polymer compound in a predetermined dispersion medium. The average particle size of the conductive polymer compound can be adjusted by appropriately setting the polymerization reaction conditions (e.g., the concentrations of the initiator, monomer, polymerization aid, etc., the reaction temperature, the stirring conditions of the reaction solution, etc.). It can also be adjusted by carrying out a known crushing process (e.g., agitation crushing process, vibration crushing process, etc.). The particle size can also be made uniform by a separation filtration process.
なお、空隙に占める固体電解質相の割合を増加させるためには、上記操作の反復回数を増やすことができ、かつ/又は、導電性高分子化合物分散液におけるポリマー濃度を高くすることができる。一方、空隙に占める固体電解質相の割合を低減するためには、上記操作の反復回数を減らすことができ、かつ/又は、導電性高分子化合物分散液におけるポリマー濃度を低くすることができる。 In order to increase the proportion of the solid electrolyte phase in the voids, the number of repetitions of the above operation can be increased and/or the polymer concentration in the conductive polymer compound dispersion can be increased. On the other hand, in order to decrease the proportion of the solid electrolyte phase in the voids, the number of repetitions of the above operation can be decreased and/or the polymer concentration in the conductive polymer compound dispersion can be decreased.
(4)液状物質相導入工程
液状物質相導入工程では、例えば、陽極箔21と陰極箔23との間の空隙に、液状物質相27を、固体電解質を取り囲むように、かつ、空隙に占める液状物質相27の割合が10vol%~99vol%の範囲内になるように導入する。液状物質相導入工程は、具体的には、以下の(a)及び(b)のようにして行うことができる。
(4) Liquid substance phase introducing step In the liquid substance phase introducing step, for example, the liquid substance phase 27 is introduced into the gap between the anode foil 21 and the cathode foil 23 so as to surround the solid electrolyte and so that the ratio of the liquid substance phase 27 occupying the gap is within a range of 10 vol % to 99 vol %. Specifically, the liquid substance phase introducing step can be performed as follows (a) and (b).
(a)液状物質相の作製
液状物質(ポリエチレングリコール)を提供し、この液状物質に、芳香族ニトロ化合物及び随意の水を添加した後、撹拌することによって、液状物質相を作製することができる。これらの操作は、例えば40℃で行ってよい。
(a) Preparation of liquid substance phase The liquid substance phase can be prepared by providing a liquid substance (polyethylene glycol), adding an aromatic nitro compound and optionally water to the liquid substance, and then stirring. These operations may be carried out at, for example, 40°C.
(b)液状物質相の導入
液状物質相の充填を、浸漬含浸法によって行う場合には、液状物質相を導入槽中に満たした後、コンデンサ素子を液状物質相に浸漬することによって、空隙に液状物質相を導入する。
(b) Introduction of Liquid Material Phase When the filling of the liquid material phase is carried out by the immersion impregnation method, the liquid material phase is filled into an introduction tank, and then the capacitor element is immersed in the liquid material phase to introduce the liquid material phase into the voids.
(5)組立・封止工程
組立・封止工程では、封口部材40をコンデンサ素子20に取り付けるとともに、コンデンサ素子20を金属ケース10に挿入した後、金属ケース10の開口端近傍で金属ケース10をかしめる。封口部材40としては、例えば、イソブチレン・イソプレンゴム(IIR)を用いることができる。イソブチレン・イソプレンゴム(IIR)に代えて、エチレン・プロピレン・ターポリマー(EPT)、EPT-IIRブレンドゴム、シリコーンゴムなどのゴム材料や、フェノール樹脂(ベークライト)、エポキシ樹脂、フッ素樹脂などの樹脂とゴムとを貼り合わせたゴム複合材料を用いることもできる。その後、随意に、高温雰囲気下で所定の電圧を印加してエージング工程を実施する。これにより、実施形態に係る電解コンデンサ1が完成する。
(5) Assembly and sealing process In the assembly and sealing process, the sealing member 40 is attached to the capacitor element 20, and the capacitor element 20 is inserted into the metal case 10, and then the metal case 10 is crimped near the open end of the metal case 10. As the sealing member 40, for example, isobutylene-isoprene rubber (IIR) can be used. Instead of isobutylene-isoprene rubber (IIR), rubber materials such as ethylene-propylene terpolymer (EPT), EPT-IIR blend rubber, silicone rubber, and rubber composite materials in which resins such as phenolic resin (Bakelite), epoxy resin, and fluororesin are bonded to rubber can also be used. Thereafter, an aging process is performed by applying a predetermined voltage in a high-temperature atmosphere as desired. This completes the electrolytic capacitor 1 according to the embodiment.
以下で、実施例を参照して、本発明の実施態様をより詳細に説明する。下記の実施例及び比較例は本発明を限定するものではない。 The following describes the embodiments of the present invention in more detail with reference to examples. The following examples and comparative examples are not intended to limit the present invention.
<<測定方法>>
実施例及び比較例で行った測定方法は、下記のとおりである。
<<Measurement method>>
The measurement methods used in the examples and comparative examples are as follows.
<CAP>
コンデンサのCAP(μF)は、LCRメーター(Keysight Technologies社製 Precision LCR Meter(E4980A))を用いて、25℃の恒温槽中において120Hzで計測した。
<CAP>
The CAP (μF) of the capacitor was measured at 120 Hz in a thermostatic chamber at 25° C. using an LCR meter (Precision LCR Meter (E4980A) manufactured by Keysight Technologies).
<tanδ>
コンデンサのtanδ(%)は、LCRメーター(Keysight Technologies社製 Precision LCR Meter(E4980A))を用いて、25℃の恒温槽中において120Hzで計測した。
<tan δ>
The tan δ (%) of the capacitor was measured at 120 Hz in a thermostatic chamber at 25° C. using an LCR meter (Precision LCR Meter (E4980A) manufactured by Keysight Technologies).
<ESR>
コンデンサのESR(mΩ)は、LCRメーター(Keysight Technologies社製 Precision LCR Meter(E4980A))を用いて、25℃の恒温槽中において100kHzで計測した。
<ESR>
The ESR (mΩ) of the capacitor was measured at 100 kHz in a thermostatic chamber at 25° C. using an LCR meter (Precision LCR Meter (E4980A) manufactured by Keysight Technologies).
<平均分子量>
ポリエチレングリコールの平均分子量は、高速液体クロマトグラフ(島津製作所製、Prominence)を用いて、GPC法によって計測した。
<Average molecular weight>
The average molecular weight of polyethylene glycol was measured by the GPC method using a high performance liquid chromatograph (Shimadzu Corporation, Prominence).
<<実施例1~5及び比較例1~2>>
実施例1~5及び比較例1~2では、コンデンサの液状物質相に含有されるポリエチレングリコールの組成についての検討を行った。
<<Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 2>>
In Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, the composition of the polyethylene glycol contained in the liquid substance phase of the capacitor was examined.
<実施例1>
(コンデンサの製造)
約60Vの耐圧の(アルミニウム製の)陽極箔と(アルミニウム製の)陰極箔とを(セルロース製の)セパレータを介して巻回し、その後、化成液を用いて端面及び欠陥部を化成し、その後、固体電解質を真空含浸し、乾燥して、固体電解質相を有するコンデンサ素子を作製した。固体電解質相は、導電性高分子化合物としてのポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、及び、ドーパントとしてのポリスチレンスルホン酸(PSS)を含有していた。このコンデンサ素子に、液状物質相を構成する液体を含浸させて、実施例1に係るコンデンサを得た。
Example 1
(Capacitor manufacturing)
Anode foil (made of aluminum) and cathode foil (made of aluminum) with a withstand voltage of about 60V were wound with a separator (made of cellulose) between them, and then the end faces and defects were chemically formed using a chemical formation solution, and then the solid electrolyte was vacuum-impregnated and dried to produce a capacitor element having a solid electrolyte phase. The solid electrolyte phase contained polyethylenedioxythiophene (PEDOT) as a conductive polymer compound and polystyrenesulfonic acid (PSS) as a dopant. The capacitor element was impregnated with the liquid constituting the liquid substance phase to obtain the capacitor according to Example 1.
実施例1のコンデンサの液状物質相は、下記の組成を有していた。
・94質量%のテトラエチレングリコール(PEG-4)(分子量194.23)
・5質量%のニトロアセトフェノン
・1質量%の水
The liquid phase of the capacitor of Example 1 had the following composition:
94% by weight of tetraethylene glycol (PEG-4) (molecular weight 194.23)
5% by weight nitroacetophenone 1% by weight water
実施例1に係る液状物質相において、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、0質量%であった。 In the liquid substance phase of Example 1, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 0% by mass.
<性能評価(初期値)>
製造した実施例1に係るコンデンサについて、初期の性能評価、及び耐久性試験後の性能評価を、それぞれ行った。
<Performance evaluation (initial value)>
For the produced capacitor according to Example 1, an initial performance evaluation and a performance evaluation after a durability test were respectively performed.
耐久性試験では、コンデンサに対して42Vの電圧を印加した状態で135℃において500時間にわたって静置した後に、コンデンサの性能評価を行った。 In the durability test, the capacitor was left at rest for 500 hours at 135°C with a voltage of 42 V applied to it, and then the performance of the capacitor was evaluated.
実施例1に係る結果を、下記の表1に示す。 The results for Example 1 are shown in Table 1 below.
<実施例2>
上記のPEG-4の代わりにPEG-4及びPEG-3(トリエチレングリコール、分子量150.17)の混合物(質量比2:8)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。実施例2に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、0質量%であった。結果を下記の表1に示す。
Example 2
A capacitor according to Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that a mixture (mass ratio 2:8) of PEG-4 and PEG-3 (triethylene glycol, molecular weight 150.17) was used instead of the above-mentioned PEG-4, and the performance of the capacitor was evaluated. In the liquid substance phase according to Example 2, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 0 mass %. The results are shown in Table 1 below.
<実施例3>
上記のPEG-4の代わりにPEG-3を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例3に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。実施例3に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、0質量%であった。結果を下記の表1に示す。
Example 3
A capacitor according to Example 3 was produced in the same manner as in Example 1, except that PEG-3 was used instead of the above-mentioned PEG-4, and the performance of the capacitor was evaluated. In the liquid substance phase according to Example 3, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 0 mass %. The results are shown in Table 1 below.
<実施例4>
上記のPEG-4の代わりにPEG-2(ジエチレングリコール、分子量106.12)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例4に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。実施例4に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、0質量%であった。結果を下記の表1に示す。
Example 4
A capacitor according to Example 4 was produced in the same manner as in Example 1, except that PEG-2 (diethylene glycol, molecular weight 106.12) was used instead of the above-mentioned PEG-4, and the performance of the capacitor was evaluated. In the liquid substance phase according to Example 4, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 0 mass %. The results are shown in Table 1 below.
<実施例5>
上記のPEG-4の代わりにPEG-4及びPEG200の混合物(質量比5:5)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例5に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。
Example 5
A capacitor according to Example 5 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a mixture of PEG-4 and PEG200 (mass ratio 5:5) was used instead of the PEG-4, and the performance of the capacitor was evaluated.
実施例5で用いたPEG200は、分子量分布を有しており、すなわち、重合度の異なる複数のポリエチレングリコールの混合体である。ゲルクロマトグラフィー(GPC法)によって計測した結果、実施例5に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、21.6質量%であった。結果を下記の表1に示す。 The PEG 200 used in Example 5 has a molecular weight distribution, i.e., it is a mixture of multiple polyethylene glycols with different degrees of polymerization. Measurements by gel chromatography (GPC method) showed that in the liquid substance phase of Example 5, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 21.6 mass %. The results are shown in Table 1 below.
<比較例1>
上記のPEG-4の代わりにPEG300を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。
<Comparative Example 1>
A capacitor according to Comparative Example 1 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that PEG300 was used instead of the above-mentioned PEG-4, and the performance of the capacitor was evaluated.
比較例1で用いたPEG300は、分子量分布を有しており、すなわち、重合度の異なる複数のポリエチレングリコールの混合体である。ゲルクロマトグラフィー(GPC法)によって計測した結果、比較例1に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、79.6質量%であった。結果を下記の表1に示す。 The PEG300 used in Comparative Example 1 has a molecular weight distribution, i.e., it is a mixture of multiple polyethylene glycols with different degrees of polymerization. Measurements by gel chromatography (GPC method) showed that in the liquid substance phase of Comparative Example 1, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 79.6 mass %. The results are shown in Table 1 below.
<比較例2>
上記のPEG-4の代わりにPEG200を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較例2に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。ゲルクロマトグラフィーによって分子量分布を計測した結果、比較例2に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、43.3質量%であった。結果を下記の表1に示す。
<Comparative Example 2>
A capacitor according to Comparative Example 2 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that PEG200 was used instead of the above-mentioned PEG-4, and the performance of the capacitor was evaluated. As a result of measuring the molecular weight distribution by gel chromatography, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol in the liquid substance phase according to Comparative Example 2 was 43.3 mass %. The results are shown in Table 1 below.
<参考例1>
上記のPEG-4の代わりにエチレングリコール(EG)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、参考例1に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。
<Reference Example 1>
A capacitor according to Reference Example 1 was produced in the same manner as in Example 1, except that ethylene glycol (EG) was used instead of the PEG-4, and the performance of the capacitor was evaluated.
表1からは、芳香族ニトロ化合物としてニトロアセトフェノンを用いかつPEG-5以上の割合(質量%)が比較的低いことによって、耐久後にコンデンサとしての特性が維持されることが理解される。 From Table 1, it can be seen that by using nitroacetophenone as the aromatic nitro compound and by using a relatively low proportion (mass%) of PEG-5 or higher, the capacitor's properties are maintained after endurance testing.
<<実施例6及び比較例3>>
実施例6及び比較例3では、それぞれ、コンデンサの液状物質相に含有される芳香族ニトロ化合物としてのニトロアセトフェノンの含有量を10質量%及び0質量%とした場合について検討を行った。
<<Example 6 and Comparative Example 3>>
In Example 6 and Comparative Example 3, the contents of nitroacetophenone as an aromatic nitro compound contained in the liquid substance phase of the capacitor were set to 10 mass % and 0 mass %, respectively.
<実施例6>
ニトロアセトフェノン(10質量%)及びPEG-3の含有量を変更したこと以外は、実施例3と同様にして、実施例6に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。実施例6に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、0質量%であった。結果を下記の表2に示す。
Example 6
A capacitor according to Example 6 was manufactured in the same manner as in Example 3, except that the contents of nitroacetophenone (10% by mass) and PEG-3 were changed, and the performance of the capacitor was evaluated. In the liquid substance phase according to Example 6, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 0% by mass. The results are shown in Table 2 below.
<比較例3>
ニトロアセトフェノンを含有させなかったこと以外は、実施例6と同様にして、比較例3に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。比較例3に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、0質量%であった。結果を下記の表2に示す。
<Comparative Example 3>
A capacitor according to Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 6, except that nitroacetophenone was not added, and the performance of the capacitor was evaluated. In the liquid substance phase according to Comparative Example 3, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 0 mass %. The results are shown in Table 2 below.
表2からは、表1で示された効果、すなわち芳香族ニトロ化合物としてニトロアセトフェノンを用いかつPEG-5以上の割合(質量%)が低いことによって耐久後にコンデンサとしての特性が良好に維持されるという効果が、ニトロアセトフェノン含有量が5又は10重量部の場合に得られる一方で、ニトロアセトフェノンを含有しない場合には得られないことが理解される。 From Table 2, it can be seen that the effect shown in Table 1, that is, the effect of using nitroacetophenone as the aromatic nitro compound and having a low proportion (mass %) of PEG-5 or higher to maintain the capacitor characteristics well after endurance testing, is obtained when the nitroacetophenone content is 5 or 10 parts by weight, but is not obtained when nitroacetophenone is not contained.
<<実施例7~12>>
実施例7~12では、コンデンサの液状物質相に含有される芳香族ニトロ化合物として、ニトロアセトフェノン以外の芳香族ニトロ化合物を用いた場合についての検討を行った。
<<Examples 7 to 12>>
In Examples 7 to 12, the cases where an aromatic nitro compound other than nitroacetophenone was used as the aromatic nitro compound contained in the liquid substance phase of the capacitor were examined.
<実施例7>
ニトロアセトフェノンの代わりにニトロ安息香酸を用いたこと以外は、実施例3と同様にして、実施例7に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。実施例7に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、0質量%であった。結果を下記の表3に示す。
Example 7
A capacitor according to Example 7 was manufactured in the same manner as in Example 3, except that nitrobenzoic acid was used instead of nitroacetophenone, and the performance of the capacitor was evaluated. In the liquid substance phase according to Example 7, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 0 mass %. The results are shown in Table 3 below.
<実施例8>
ニトロアセトフェノンの代わりにニトロベンジルアルコールを用いたこと以外は、実施例3と同様にして、実施例8に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。実施例8に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、0質量%であった。結果を下記の表3に示す。
Example 8
A capacitor according to Example 8 was manufactured in the same manner as in Example 3, except that nitrobenzyl alcohol was used instead of nitroacetophenone, and the performance of the capacitor was evaluated. In the liquid substance phase according to Example 8, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 0 mass %. The results are shown in Table 3 below.
<実施例9>
ニトロベンジルアルコール(10質量%)及びPEG-3の含有量を変更したこと以外は、実施例8と同様にして、実施例9に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。実施例9に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、0質量%であった。結果を下記の表3に示す。
<Example 9>
A capacitor according to Example 9 was manufactured in the same manner as in Example 8, except that the contents of nitrobenzyl alcohol (10% by mass) and PEG-3 were changed, and the performance of the capacitor was evaluated. In the liquid substance phase according to Example 9, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 0% by mass. The results are shown in Table 3 below.
<実施例10>
ニトロアセトフェノンの代わりにニトロフェノールを用いたこと以外は、実施例3と同様にして、実施例10に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。実施例10に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、0質量%であった。結果を下記の表3に示す。
Example 10
A capacitor according to Example 10 was manufactured in the same manner as in Example 3, except that nitrophenol was used instead of nitroacetophenone, and the performance of the capacitor was evaluated. In the liquid substance phase according to Example 10, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 0 mass %. The results are shown in Table 3 below.
<実施例11>
ニトロフェノール(10質量%)及びPEG-3の含有量を変更したこと以外は、実施例10と同様にして、実施例11に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。実施例11に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、0質量%であった。結果を下記の表3に示す。
Example 11
A capacitor according to Example 11 was produced in the same manner as in Example 10, except that the contents of nitrophenol (10% by mass) and PEG-3 were changed, and the performance of the capacitor was evaluated. In the liquid substance phase according to Example 11, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 0% by mass. The results are shown in Table 3 below.
<実施例12>
ニトロアセトフェノンの代わりにニトロベンズアルデヒドを用いたこと以外は、実施例3と同様にして、実施例12に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。実施例12に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、0質量%であった。結果を下記の表3に示す。
A capacitor according to Example 12 was manufactured in the same manner as in Example 3, except that nitrobenzaldehyde was used instead of nitroacetophenone, and the performance of the capacitor was evaluated. In the liquid substance phase according to Example 12, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 0 mass %. The results are shown in Table 3 below.
表3からは、表1で示された効果、すなわち芳香族ニトロ化合物としてニトロアセトフェノンを用いかつPEG-5以上の割合(質量%)が低いことによって耐久後にコンデンサとしての特性が良好に維持されるという効果が、ニトロアセトフェノン以外の芳香族ニトロ化合物でも得られることが理解される。 From Table 3, it can be seen that the effect shown in Table 1, that is, the effect of using nitroacetophenone as the aromatic nitro compound and having a low proportion (mass %) of PEG-5 or higher, thereby maintaining the capacitor characteristics well after endurance testing, can also be obtained with aromatic nitro compounds other than nitroacetophenone.
<<実施例13~16>>
実施例13~16では、PEG-3及びニトロアセトフェノンを含有させるとともに、水の含有量を種々の値に変更して検討を行った。
<<Examples 13 to 16>>
In Examples 13 to 16, PEG-3 and nitroacetophenone were added, and the water content was varied to various values for investigation.
PEG-3及び水の含有量を下記の表4のとおりに変更したこと以外は、実施例3と同様にして、実施例13~16に係るコンデンサを製造し、コンデンサの性能評価を行った。実施例13~16に係る液状物質相では、ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール(PEG-5)又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合は、0質量%であった。結果を下記の表4に示す。 The capacitors of Examples 13 to 16 were manufactured in the same manner as in Example 3, except that the content of PEG-3 and water was changed as shown in Table 4 below, and the performance of the capacitors was evaluated. In the liquid substance phase of Examples 13 to 16, the proportion of pentaethylene glycol (PEG-5) or polyethylene glycols larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol was 0 mass %. The results are shown in Table 4 below.
表4からは、表1で示された効果、すなわち芳香族ニトロ化合物としてニトロアセトフェノンを用いかつPEG-5以上の割合(質量%)が低いことによって耐久後にコンデンサとしての特性が良好に維持されるという効果が、水の量を変化させたときにも得られることが理解される。 From Table 4, it can be seen that the effect shown in Table 1, that is, the effect of using nitroacetophenone as the aromatic nitro compound and having a low ratio (mass %) of PEG-5 or higher, which allows the capacitor characteristics to be well maintained after endurance testing, can be obtained even when the amount of water is changed.
<<実施例17A~20A及び比較例4A~5A>>
実施例17A~20A及び比較例4A~5Aでは、PEG-3、ニトロアセトフェノン、及び水を含有する液状物質相において、成分含有量を下記の表5に示すとおりの種々の値に変更して、評価を行った。
<<Examples 17A to 20A and Comparative Examples 4A to 5A>>
In Examples 17A to 20A and Comparative Examples 4A to 5A, the component contents in the liquid substance phase containing PEG-3, nitroacetophenone, and water were changed to various values as shown in Table 5 below, and evaluation was performed.
耐久性試験では、コンデンサに対して42Vの電圧を印加した状態で135℃において60時間にわたって静置した後に、コンデンサの性能評価を行った。 In the durability test, the capacitor was left at rest for 60 hours at 135°C with a voltage of 42 V applied to it, and then the performance of the capacitor was evaluated.
結果を下記の表5に示す。 The results are shown in Table 5 below.
<<実施例17B~20B及び比較例4B~5B>>
実施例17B~20B及び比較例4B~5Bでは、耐久試験の時間を60時間から80時間に変更したこと以外は、それぞれ実施例17A~20A及び比較例4A~5Aと同様にして、コンデンサの性能評価を行った。結果を下記の表6に示す。
<<Examples 17B to 20B and Comparative Examples 4B to 5B>>
In Examples 17B to 20B and Comparative Examples 4B to 5B, the performance evaluation of the capacitors was performed in the same manner as in Examples 17A to 20A and Comparative Examples 4A to 5A, respectively, except that the duration of the durability test was changed from 60 hours to 80 hours. The results are shown in Table 6 below.
表5及び表6で見られるとおり、芳香族ニトロ化合物としてニトロアセトフェノンを用いかつPEG-5以上の割合(質量%)が低いことによって耐久後にコンデンサとしての特性が良好に維持されるという効果が、ニトロアセトフェノン含有量が1.0~5.0質量%の場合に得られる一方で、ニトロアセトフェノン含有量が0.5質量%の場合又はニトロアセトフェノンを含有しない場合には得られないことが理解される。 As can be seen from Tables 5 and 6, the effect of maintaining the capacitor characteristics well after endurance testing by using nitroacetophenone as the aromatic nitro compound and having a low proportion (mass %) of PEG-5 or higher is obtained when the nitroacetophenone content is 1.0 to 5.0 mass %, but it can be seen that this effect is not obtained when the nitroacetophenone content is 0.5 mass % or when no nitroacetophenone is contained.
なお、表6で見られるとおり、ニトロアセトフェノン含有量が1.0質量%のコンデンサは、80時間にわたる耐久試験において、若干の耐久性の低下を示したものの、ニトロアセトフェノン含有量が0.5質量%の場合又はニトロアセトフェノンを含有しない場合と比較して優れた耐久性を示した。ニトロアセトフェノン含有量が1.5~5.0質量%のコンデンサは、80時間にわたる耐久試験においても、非常に優れた耐久性を示した。 As can be seen from Table 6, the capacitor with a nitroacetophenone content of 1.0% by mass showed a slight decrease in durability in the 80-hour durability test, but showed superior durability compared to capacitors with a nitroacetophenone content of 0.5% by mass or no nitroacetophenone. Capacitors with a nitroacetophenone content of 1.5 to 5.0% by mass showed very excellent durability even in the 80-hour durability test.
1 電解コンデンサ
10 金属ケース
20 コンデンサ素子
21 陽極箔
22、24 酸化皮膜
23 陰極箔
25 セパレータ
26 固体電解質相
27 液状物質相
29、30 リード
40 封口部材
REFERENCE SIGNS LIST 1 electrolytic capacitor 10 metal case 20 capacitor element 21 anode foil 22, 24 oxide film 23 cathode foil 25 separator 26 solid electrolyte phase 27 liquid material phase 29, 30 lead 40 sealing member
Claims (5)
陰極箔と、
前記陽極箔及び前記陰極箔の間に配設されたセパレータと、
を備え、
前記陽極箔及び前記陰極箔の間の空隙に、
導電性高分子化合物を含む固体電解質相と、
液状物質を含む液状物質相と、
を含む電解コンデンサであって、
前記液状物質相が、芳香族ニトロ化合物を1.0質量%以上の量で含有しており、
前記液状物質が、ポリエチレングリコールであり、かつ
前記ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合が、30質量%以下である、
電解コンデンサ。 an anode foil having an oxide film formed on its surface;
A cathode foil;
a separator disposed between the anode foil and the cathode foil;
Equipped with
In the gap between the anode foil and the cathode foil,
A solid electrolyte phase including a conductive polymer compound;
A liquid material phase including a liquid material;
An electrolytic capacitor comprising:
The liquid substance phase contains an aromatic nitro compound in an amount of 1.0% by mass or more,
The liquid substance is polyethylene glycol, and the proportion of pentaethylene glycol or polyethylene glycol larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol is 30 mass% or less.
Electrolytic capacitor.
前記コンデンサ素子に導電性高分子化合物の水溶液又は分散液を含浸させて、前記陽極箔と前記陰極箔の間の空隙に固体電解質相を形成すること、及び、
固体電解質相が形成された前記コンデンサ素子に、液状物質を含む液状物質相を含浸させること、
を含み、
前記液状物質相が、芳香族ニトロ化合物を1.0質量%以上の量で含有し、
前記液状物質が、ポリエチレングリコールであり、かつ
前記ポリエチレングリコールにおけるペンタエチレングリコール又はそれよりも大きいポリエチレングリコールの割合が、30質量%以下である、
電解コンデンサの製造方法。 forming a capacitor element by stacking an anode foil having an oxide film formed on its surface and a cathode foil that has been optionally etched, with a separator interposed therebetween, and winding the stack;
impregnating the capacitor element with an aqueous solution or dispersion of a conductive polymer compound to form a solid electrolyte phase in the gap between the anode foil and the cathode foil; and
impregnating the capacitor element having a solid electrolyte phase formed therein with a liquid substance phase containing a liquid substance;
Including,
The liquid substance phase contains an aromatic nitro compound in an amount of 1.0% by mass or more,
The liquid substance is polyethylene glycol, and the proportion of pentaethylene glycol or polyethylene glycol larger than pentaethylene glycol in the polyethylene glycol is 30 mass% or less.
A method for manufacturing electrolytic capacitors.
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