JP2572021B2 - Electrolyte for electrolytic capacitors - Google Patents

Electrolyte for electrolytic capacitors

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JP2572021B2 JP63174499A JP17449988A JP2572021B2 JP 2572021 B2 JP2572021 B2 JP 2572021B2 JP 63174499 A JP63174499 A JP 63174499A JP 17449988 A JP17449988 A JP 17449988A JP 2572021 B2 JP2572021 B2 JP 2572021B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電解コンデンサに用いられる電解液に関
する。
The present invention relates to an electrolytic solution used for an electrolytic capacitor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電解コンデンサは、アルミニウム、タンタル、ニオブ
などの表面に絶縁性の酸化皮膜が形成されるいわゆる弁
金属を陽極に用い、電極表面に陽極酸化処理などの操作
によって、誘電体層となる前記絶縁酸化物層を形成す
る。
Electrolytic capacitors use the so-called valve metal, on which an insulating oxide film is formed on the surface of aluminum, tantalum, niobium, etc., as an anode, and perform an operation such as anodizing treatment on the electrode surface to form the insulating oxide which becomes a dielectric layer. Form a layer.

次にこの陽極電極に陰極側の集電極を対峙させこれら
電極間に電解液を介在させて構成されている。
Next, a cathode-side collector electrode faces the anode electrode, and an electrolytic solution is interposed between the electrodes.

電解コンデンサの電極は、一般に箔状の弁金属を帯状
に切断して、電解液の保持と陽極、陰極分離のために挿
入されるセパレータとともに巻回して円筒状に形成され
る。
The electrode of the electrolytic capacitor is generally formed into a cylindrical shape by cutting a foil-shaped valve metal into a strip shape and winding it together with a separator inserted for holding the electrolyte and separating the anode and the cathode.

電解液はこのセパレータに保持されて、誘電体である
酸化皮膜表面に接触し、真の陰極として機能する。電解
液は、無機酸、有機酸あるいはこれらの塩を各種の溶媒
に溶解したものが用いられている。
The electrolyte is held by the separator and comes into contact with the surface of the oxide film, which is a dielectric, to function as a true cathode. As the electrolytic solution, those obtained by dissolving an inorganic acid, an organic acid, or a salt thereof in various solvents are used.

電解液は、その電導性が電解コンデンサの損失やイン
ピーダンス特性に直接影響を与えることから、高い電導
度を持ったものが要求されている。
Since the conductivity of the electrolyte directly affects the loss and impedance characteristics of the electrolytic capacitor, an electrolyte having a high conductivity is required.

従来の電解液で、比較的高い電導度を持つものとし
て、エチレングリコールにアジピン酸アンモニウムを溶
解させたものが良く知られている。
As a conventional electrolytic solution having a relatively high conductivity, a solution obtained by dissolving ammonium adipate in ethylene glycol is well known.

しかしこのような電解液の場合、電導度を高めるため
に、水の添加がおこなわれている。しかし、水の存在は
100℃を越すような高温では水が気化し内部の圧力を高
め、電解コンデンサの封口部を破損させたり、防爆弁を
作動させ、電解コンデンサを不良にしてしまう不都合が
あった。また低温では水分が凍結し、充分な電気特性が
得られないなどの欠点があり、広い温度範囲での使用が
求められる目的には、到底用いることができなかった。
However, in the case of such an electrolytic solution, water is added to increase the electric conductivity. But the presence of water
At a high temperature exceeding 100 ° C., water evaporates, increasing the internal pressure, damaging the sealing portion of the electrolytic capacitor, operating the explosion-proof valve, and causing the electrolytic capacitor to be defective. Further, at a low temperature, there is a drawback that water is frozen and sufficient electric characteristics cannot be obtained, so that it cannot be used at all for purposes requiring use in a wide temperature range.

近年このような欠点を改良するものとして、水の含有
を極力減らし、しかも高い電導度が得られる電解液が検
討されている。このような目的に適合するものとして、
例えば特開昭59−78522号公報のように飽和鎖状ジカル
ボン酸の四級アンモニウム塩を溶質に用いたものや、特
開昭62−276815号公報のように不飽和鎖状ジカルボン酸
の第四級アンモニウム塩を溶質として用いこれを極性溶
媒に溶解したものがある。これらの従来例は、既存の電
解液に比べては確かに高い電導度を持ち損失が小さくな
るが、より高度な特性を要求される目的においてはその
特性は充分でなく、必要に応じて僅かな水を加えて電導
度を向上させているのが現状であった。
In recent years, as a solution to such a drawback, an electrolytic solution that minimizes the water content and obtains a high conductivity has been studied. For such purposes,
For example, as disclosed in JP-A-59-78522, a quaternary ammonium salt of a saturated linear dicarboxylic acid is used as a solute, and as described in JP-A-62-276815, a quaternary unsaturated carboxylic dicarboxylic acid is used. There is a solution in which a quaternary ammonium salt is used as a solute and dissolved in a polar solvent. Although these conventional examples have higher conductivity and lower loss than existing electrolytes, their properties are not sufficient for the purpose of demanding higher properties, At present, the conductivity was improved by adding water.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

この発明は、従来のこのような技術背景にもとづい
て、実質的に非水系の電解液であって高い電導度を有す
る新規な電解液を得ることを目的としている。
An object of the present invention is to provide a novel electrolytic solution which is a substantially non-aqueous electrolytic solution and has a high electric conductivity based on such a conventional technical background.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

この発明の電解液は、イタコン酸の複素環式第四級ア
ンモニウム塩が、電解コンデンサ用の電解液用の溶質と
して高い導電度を呈することを見出したもので、この溶
質を少なくとも電解液の溶質として含むことを特徴とし
ている。
The electrolytic solution of the present invention has been found that the heterocyclic quaternary ammonium salt of itaconic acid exhibits high conductivity as a solute for an electrolytic solution for an electrolytic capacitor, and this solute is at least a solute of the electrolytic solution. It is characterized by including as.

イタコン酸は、 の構造式を持った不飽和結合を持つジカルボン酸であ
る。
Itaconic acid Is a dicarboxylic acid having an unsaturated bond having the structural formula:

また複素環式第四級アンモニウムの具体例としては、
N,N−ジメチルピロリジニウム、N−メチルピリドコリ
ニウム、N−メチルキヌクリジニウム、N,N−ジエチル
モルホリニウム、N−メチル−N−プロピルピペリジニ
ウム、N−メチルピリジニウム、N−エチル−2,4,6−
トリメチルピリジニウム、N−メチルレピジニウム、N
−メチルチアルジニウムなどを例示することができる。
Further, specific examples of the heterocyclic quaternary ammonium include:
N, N-dimethylpyrrolidinium, N-methylpyridolinium, N-methylquinuclidinium, N, N-diethylmorpholinium, N-methyl-N-propylpiperidinium, N-methylpyridinium, N-ethyl-2,4,6-
Trimethylpyridinium, N-methylrepidinium, N
-Methylthiardinium and the like.

これらの第四級アンモニウム塩を各種の溶媒中に溶解
して電解液が得られる。
An electrolyte is obtained by dissolving these quaternary ammonium salts in various solvents.

溶媒は、この発明の溶質に対し可溶性を持つものであ
れば特に限定はないが、具体例を例示すると、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−ジエチルアセトアミドなど
のアミド類。
The solvent is not particularly limited as long as it has solubility in the solute of the present invention. Specific examples include N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N-ethylformamide, N, N-diethyl. Formamide, N-
Amides such as methylacetamide and N, N-diethylacetamide.

γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラク
トン類。
Lactones such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone.

エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、プロ
ピレンカーボネートなどのカーボネート類。
Carbonates such as ethylene carbonate, butylene carbonate and propylene carbonate;

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、エチルセルソルブ、メチルセルソルブ
などのアルコール類。
Alcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, ethyl cellosolve, and methyl cellosolve.

さらには、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルス
ルホキシド、アセトニトリルなどの各種の溶媒が使用可
能である。
Further, various solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, acetonitrile and the like can be used.

これらの溶媒は単一用いてもよいし、二種以上の溶媒
を組み合わせた混合溶媒であってもよい。
These solvents may be used alone, or may be a mixed solvent obtained by combining two or more solvents.

〔作用〕[Action]

この発明のイタコン酸の複素環式第四級アンモニウム
塩な溶質として、各種の溶媒への溶解度が高く、高い電
導度が得られる。また電導度を高めるために水を添加す
る必要がないので、高温での使用により電解コンデンサ
の内圧が上昇することがない。また低温での凍結や溶質
の析出が起きにくい。
As a solute of the heterocyclic quaternary ammonium salt of itaconic acid of the present invention, it has high solubility in various solvents and high conductivity. Further, since it is not necessary to add water to increase the electric conductivity, the internal pressure of the electrolytic capacitor does not increase due to the use at a high temperature. In addition, freezing at low temperatures and precipitation of solutes hardly occur.

〔実 施 例〕〔Example〕

次にこの発明を、実施例に基づいて説明する。まずこ
の発明のイタコン酸の複素環式第四級アンモニウムと、
各種の溶媒とを組み合わせて電解液を作成し、その電導
度を調べた。なお比較のため、アジピン酸アンモニウム
−エチレングリコール系の電解液および、イタコン酸の
第四級のアルキルアンモニウム塩を用いた電解液とを併
せて試験した。
Next, the present invention will be described based on examples. First, a heterocyclic quaternary ammonium of itaconic acid of the present invention,
An electrolytic solution was prepared by combining with various solvents, and the conductivity thereof was examined. For comparison, an electrolytic solution of ammonium adipate-ethylene glycol system and an electrolytic solution using a quaternary alkyl ammonium salt of itaconic acid were also tested.

以下に組成と電導度とを列挙する。なおいずれの例も
組成割合は重量%、電導度はmS/cm・30℃の単位であ
る。
The composition and conductivity are listed below. In each case, the composition ratio is% by weight, and the conductivity is mS / cm at 30 ° C.

本発明例1 (組 成) γ−ブチロラクトン 80 イタコン酸モノ−N,N− ジエチルピロリジニウム 20 (電導度) 11.5 本発明例2 (組 成) γ−ブチロラクトン 60 アセトニトリル 20 イタコン酸モノ−N,N− ジエチルピペリジニウム 20 (電導度) 15.4 本発明例3 (組 成) N,N−ジメチルホルムアミド 80 イタコン酸モノ−N,N− ジメチルモルホリニウム 20 (電導度) 15.3 本発明例4 (組 成) N,N−ジメチルホルムアミド 70 エチレングリコール 10 イタコン酸モノ−N− メチルキヌクリジニウム 20 (電導度) 14.0 本発明例5 (組 成) N−メチルホルムアミド 80 イタコン酸ジ−N,N− ジメチルピロリジニウム 20 (電導度) 18.2 本発明例6 (組 成) γ−ブチロラクトン 60 メチルセルソルブ 20 イタコン酸モノ−N− エチルキヌクリジニウム 20 (電導度) 13.3 本発明例7 (組 成) アセトニトリル 60 エチレングリコール 20 イタコン酸モノ−N,N− ジメチルピロリジニウム 20 (電導度) 14.9 比較例1 (組 成) エチレングリコール 78 水 10 アジピン酸アンモニウム 12 (電導度) 6.7 比較例2 (組 成) エチレングリコール 20 γ−ブチロラクトン 55 水 5 イタコン酸 テトラメチルアンモニウム 20 (電導度) 9.1 比較例3 (組 成) プロピレンカーボネート 69 水 1 イタコン酸 テトラエチルアンモニウム 20 イタコン酸 10 (電導度) 5.9 これら組成からわかるように、この発明の電解液はい
ずれも非水系の電解液でありながら、高い電導度を示す
ことがわかる。
Invention Example 1 (composition) γ-butyrolactone 80 mono-N, N-diethylpyrrolidinium itaconate 20 (conductivity) 11.5 Invention Example 2 (composition) γ-butyrolactone 60 acetonitrile 20 mono-N-itaconate, N-diethylpiperidinium 20 (conductivity) 15.4 Invention Example 3 (composition) N, N-dimethylformamide 80 mono-N, N-dimethylmorpholinium itaconate 20 (conductivity) 15.3 Invention Example 4 (conductivity) Composition) N, N-dimethylformamide 70 ethylene glycol 10 mono-N-methylquinuclidinium itaconate 20 (conductivity) 14.0 Invention Example 5 (composition) N-methylformamide 80 itaconic acid di-N, N -Dimethylpyrrolidinium 20 (conductivity) 18.2 Invention Example 6 (composition) γ-butyrolactone 60 methylcellosolve 20 mono-N-ethylquinuclidinium itaconate 20 (conductivity) 13. 3 Invention Example 7 (composition) Acetonitrile 60 ethylene glycol 20 mono-N, N-dimethylpyrrolidinium itaconate 20 (conductivity) 14.9 Comparative Example 1 (composition) ethylene glycol 78 water 10 ammonium adipate 12 (conductivity) 6.7 Comparative Example 2 (composition) Ethylene glycol 20 γ-butyrolactone 55 water 5 tetramethylammonium itaconate 20 (conductivity) 9.1 Comparative Example 3 (composition) Propylene carbonate 69 water 1 tetraethylammonium itaconate 20 itaconic acid 10 (Electrical Conductivity) 5.9 As can be seen from these compositions, it can be seen that the electrolytic solution of the present invention shows high electrical conductivity while being a non-aqueous electrolytic solution.

次にこれらの電解液を用いて電解コンデンサを作成
し、寿命試験をおこなった結果を示す。
Next, an electrolytic capacitor was prepared using these electrolytic solutions, and the results of a life test are shown.

作成した電解コンデンサは、アルミニウム箔を陽極の
用いた巻回型のコンデンサ素子からなる定格電圧16V、
静電容量180μFのものである。
The created electrolytic capacitor has a rated voltage of 16 V consisting of a winding type capacitor element using aluminum foil as the anode,
It has a capacitance of 180 μF.

このコンデンサ素子に前記の各電解液を含浸させ、金
属製の外装ケースに収納し、開口部を弾性ゴムで密封し
てコンデンサとした。
This capacitor element was impregnated with each of the above electrolytes, housed in a metal outer case, and the opening was sealed with elastic rubber to obtain a capacitor.

各電解コンデンサについて、静電容量、損失(Tan
δ)および漏れ電流(2分値)についての初期値を第1
表に、また110℃で1000時間の負荷(定格電圧印加)で
高温寿命試験を実施した後の値を第2表に示す、なお、
いずれの測定もコンデンサ10個の平均値である。
For each electrolytic capacitor, the capacitance and loss (Tan
δ) and the leakage current (binary value)
Table 2 shows the values after the high-temperature life test was performed at a load of 110 hours at 110 ° C. (applied rated voltage).
Each measurement is the average value of 10 capacitors.

以上の結果から明らかなように、この発明の電解液を
用いた電解コンデンサは、低い損失でかつ長時間特性の
変化が少なく安定した特性を維持していることがわか
る。
As is clear from the above results, the electrolytic capacitor using the electrolytic solution of the present invention maintains stable characteristics with low loss and little change in characteristics for a long time.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べたように、この発明によれば、電解液の電導
度が高く、かつ非水の電解液であるので、損失や、イン
ピーダンスが低く、かつ使用温度範囲が広い電解コンデ
ンサを得ることができる。また高温で長期間使用して
も、内圧が上昇しないので、長期間安定した特性が得ら
れ、長寿命で信頼性の高い電解コンデンサを得ることが
できる。
As described above, according to the present invention, since the electrolytic solution has a high conductivity and is a non-aqueous electrolytic solution, it is possible to obtain an electrolytic capacitor having a low loss, low impedance, and a wide operating temperature range. . In addition, even if the capacitor is used at a high temperature for a long period of time, the internal pressure does not increase, so that stable characteristics can be obtained for a long period, and a long-life and highly reliable electrolytic capacitor can be obtained.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】イタコン酸の複素環式第四級アンモニウム
塩を溶質として含むことを特徴とする電解コンデンサ用
電解液。
1. An electrolytic solution for an electrolytic capacitor comprising a heterocyclic quaternary ammonium salt of itaconic acid as a solute.
【請求項2】複素環式第四級アンモニウムが、N,N−ジ
メチルピロリジニウム、N−メチルピリドコリニウム、
N−メチルキヌクリジニウム、N,N−ジエチルモルホリ
ニウム、N−メチル−N−プロピルピペリジニウム、N
−メチルピリジニウム、N−エチル−2,4,6−トリメチ
ルピリジニウム、N−メチルレピジニウム、N−メチル
チアルジニウムから選ばれた一種もしくは二種以上の組
み合わせであるところの請求項1記載の電解コンデンサ
用電解液。
2. The method according to claim 1, wherein the heterocyclic quaternary ammonium is N, N-dimethylpyrrolidinium, N-methylpyridolinium,
N-methylquinuclidinium, N, N-diethylmorpholinium, N-methyl-N-propylpiperidinium, N
The method according to claim 1, wherein the compound is one or a combination of two or more selected from -methylpyridinium, N-ethyl-2,4,6-trimethylpyridinium, N-methylrepidinium, and N-methylthiardinium. Electrolyte for electrolytic capacitors.
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