JP2732404B2 - Electrolyte for electrolytic capacitors - Google Patents

Electrolyte for electrolytic capacitors

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JP2732404B2 JP31322588A JP31322588A JP2732404B2 JP 2732404 B2 JP2732404 B2 JP 2732404B2 JP 31322588 A JP31322588 A JP 31322588A JP 31322588 A JP31322588 A JP 31322588A JP 2732404 B2 JP2732404 B2 JP 2732404B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電解コンデンサに用いる電解液に関し、特
に非プロトン溶媒を主溶媒とした電解液に関するもので
ある。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrolytic solution used for an electrolytic capacitor, and more particularly to an electrolytic solution using an aprotic solvent as a main solvent.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電解コンデンサは、表面に絶縁性の酸化皮膜が形成さ
れたアルミニウムまたはタンタルなどの弁金属を電極箔
に使用し、前記酸化皮膜層を誘電体とするとともに、こ
の酸化皮膜層の表面に電解質層となる電解液を接触さ
せ、更に通常陰極と称する集電用の電極を配置して構成
されている。
Electrolytic capacitors use a valve metal such as aluminum or tantalum having an insulating oxide film formed on the surface for the electrode foil, and use the oxide film layer as a dielectric, and an electrolyte layer on the surface of the oxide film layer. And an electrode for current collection, which is usually called a cathode, is arranged.

電解コンデンサ用電解液は、上述したように誘電体に
直接接触し、真の陰極として作用する。すなわち、電解
液は電解コンデンサの誘電体層と集電陰極との間に介在
して、電解液の抵抗分が電解コンデンサに直列に挿入さ
れていることになる。そのため、電解液の特性は、電解
コンデンサ特性を左右する大きな要因となっている。例
えば、電解液の電導度が低いと、電解コンデンサの内部
の等価直列抵抗分を増大させ、高周波特性や損失特性が
悪くなる欠点がある。
As described above, the electrolytic solution for the electrolytic capacitor directly contacts the dielectric and acts as a true cathode. That is, the electrolytic solution is interposed between the dielectric layer of the electrolytic capacitor and the collector cathode, and the resistance of the electrolytic solution is inserted in series with the electrolytic capacitor. Therefore, the characteristics of the electrolytic solution are a major factor influencing the characteristics of the electrolytic capacitor. For example, when the conductivity of the electrolytic solution is low, there is a disadvantage that the equivalent series resistance inside the electrolytic capacitor is increased and the high-frequency characteristics and the loss characteristics are deteriorated.

従来では、高周波特性、損失特性等の向上を図るため
に、電導度の高い電解質として、アジピン酸などの有機
酸またはその塩をエチレングリコールなどのグリコール
類やアルコール類に溶解したものが使用されている。
Conventionally, in order to improve high-frequency characteristics, loss characteristics, etc., an electrolyte having a high electrical conductivity is used in which an organic acid such as adipic acid or a salt thereof is dissolved in glycols such as ethylene glycol or alcohols. I have.

〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、近年の電子機器の利用範囲の増大から電解
コンデンサ性能の向上改善の要求が高まり、現状の電解
液の電導度では充分とはいえない。特に現状の電解液の
場合、所望の電導度が得られない場合や、溶解度が低い
電解質を用いた場合などは、意図的に水を添加して電導
度の向上を図ることが行われている。
[Problems to be Solved by the Invention] However, demands for improving and improving the performance of electrolytic capacitors have increased due to the recent increase in the range of use of electronic devices, and the current conductivity of electrolytic solutions cannot be said to be sufficient. In particular, in the case of the current electrolytic solution, when the desired conductivity cannot be obtained, or when using an electrolyte having low solubility, for example, water is intentionally added to improve the conductivity. .

しかしながら、最近のように従来品を越える広範囲に
わたる温度環境下での長時間の使用が求められる電解コ
ンデンサでは、電解液中の水分の存在が誘電体皮膜層の
劣化、電解コンデンサの内部蒸気圧の異常上昇、封口体
の破損や電解液の蒸散による寿命劣化等を招来してしま
い、長期間にわたる安定した特性を維持することが困難
になっている。
However, recently, in electrolytic capacitors that require long-term use in a wide temperature environment that exceeds conventional products, the presence of moisture in the electrolytic solution deteriorates the dielectric film layer and lowers the internal vapor pressure of the electrolytic capacitor. This leads to abnormal rise, damage to the sealing body, deterioration of life due to evaporation of the electrolytic solution, and the like, making it difficult to maintain stable characteristics for a long period of time.

本発明の目的は、非プロトン溶媒を主体とする実質的
に非水系の高電導度の電解液を提供することにより、電
解コンデンサの電気的特性を向上させ、かつ安定した特
性を長期間維持することによって電解コンデンサの信頼
性を向上させることにある。
An object of the present invention is to improve the electrical characteristics of an electrolytic capacitor by providing a substantially non-aqueous high-conductivity electrolytic solution mainly composed of an aprotic solvent, and to maintain stable characteristics for a long period of time. Therefore, the object is to improve the reliability of the electrolytic capacitor.

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

この発明は、電解コンデンサ用の電解液として (1) 非プロトン溶媒を主体とする溶媒中に、 一般式: (式中、m=3〜6,n=3〜6、Rは炭素原子1〜6個
のアルキル基、R1は炭素原子1〜10個のアルケニレン
基、Xは水素原子または式中に示されるN−アルキル−
1−アザビシクロ〔m,n,0〕アルカニウム化合物基と同
じ基を表す)の脂肪族不飽和ジカルボン酸化合物のモノ
またはジ−N−アルキル−1−アザビシクロ〔m,n,0〕
アルカニウム化合物塩を電解質として含有することを特
徴としている。
The present invention provides an electrolytic solution for an electrolytic capacitor comprising: (1) a solvent mainly containing an aprotic solvent; (Wherein m = 3-6, n = 3-6, R is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 1 is an alkenylene group having 1 to 10 carbon atoms, X is a hydrogen atom or N-alkyl-
Mono- or di-N-alkyl-1-azabicyclo [m, n, 0] of an aliphatically unsaturated dicarboxylic acid compound of 1-azabicyclo [m, n, 0] alkanium compound
It is characterized by containing an alkanium compound salt as an electrolyte.

また、使用される非プロトン溶媒としては、 (1) アミド系として、N−メチルホルムアミド、N,
N−ジメチルホルムアミド、N−エチルホルムアミド、
N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルアセトアミ
ド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−エチルアセトア
ミド、N,N−ジエチルアセトアミド、ヘキサメチルホス
ホリックアミド、 (2) オキシド系としてジメチルスルホキシド (3) ニトリル系としてアセトニトリル、 (4) 環状エステル、アミド系として、γ−ブチロラ
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、などが代表的に挙
げられる。
Examples of the aprotic solvent used include: (1) N-methylformamide, N,
N-dimethylformamide, N-ethylformamide,
N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N-ethylacetamide, N, N-diethylacetamide, hexamethylphosphoramide, (2) dimethyl sulfoxide as an oxide system, (3) nitrile system Representative examples include acetonitrile, (4) cyclic esters, and amides such as γ-butyrolactone, N-methyl-2-pyrrolidone, ethylene carbonate, and propylene-carbonate.

また更に本発明の対象となる多価アルコール化合物
は、2価アルコール化合物または2価アルコール化合物
のモノアルキルエーテルが好適で、2価アルコール化合
物がエチレングリコールであり、2価アルコールモノア
ルキルエーテル化合物がメチルセロソルブまたはエチル
セロソルブである。
Further, the polyhydric alcohol compound which is the object of the present invention is preferably a dihydric alcohol compound or a monoalkyl ether of a dihydric alcohol compound, the dihydric alcohol compound is ethylene glycol, and the dihydric alcohol monoalkyl ether compound is methyl. Cellosolve or ethyl cellosolve.

非プロトン溶媒に対する多価アルコール化合物の重量
割合は、(100〜50):(0〜50)であって、非プロト
ン溶媒100%が適切であるが、約50%までの多価アルコ
ール化合物は実質的に製品劣化を避け得て適宜使用して
よい。
The weight ratio of the polyhydric alcohol compound to the aprotic solvent is (100-50) :( 0-50), and 100% of the aprotic solvent is suitable, but up to about 50% of the polyhydric alcohol compound is substantially It may be used as appropriate because it can avoid product deterioration.

また具体的な脂肪族不飽和ジカルボン酸の具体例とし
てはマレイン酸、シトラコン酸、グルタコン酸、イタコ
ン酸、アリルマロン酸、テラコン酸、フマル酸、メサコ
ン酸、ムコン酸等がある。
Specific examples of specific aliphatic unsaturated dicarboxylic acids include maleic acid, citraconic acid, glutaconic acid, itaconic acid, allylmalonic acid, terraconic acid, fumaric acid, mesaconic acid, and muconic acid.

更に、N−アルキル−1−アザビシクロ〔m,n,0〕ア
ルカニウム化合物の代表的な具体例は、次の構造式で示
される。
Further, typical specific examples of the N-alkyl-1-azabicyclo [m, n, 0] alkanium compound are represented by the following structural formula.

本発明で使用されるモノまたはジ−N−アルキル−1
−アザビシクロ〔m,n,0〕アルカニウム化合物の合成原
料とする1−アザビシクロ〔m,n,0〕アルカニウム化合
物は、例えばピロリジジンは、F.Sorm,J.brandejs,Coll
ection Czechoslov.Chem.Commun.第12巻、第444頁(194
7)等に記載の次に示す反応によりつくられている。
Mono or di-N-alkyl-1 used in the present invention
1-Azabicyclo [m, n, 0] alkanium compound used as a raw material for synthesis of azabicyclo [m, n, 0] alkanium compound, for example, pyrrolidine, F. Sorm, J. brandejs, Coll
ection Czechoslov.Chem.Commun. Volume 12, p. 444 (194
It is made by the following reaction described in 7).

これをハロゲン化アルキル、例えば沃化メチルで常法
によりNメチル化して対応すると沃化N−メチルピロリ
ジジニウムを得ることができる。これをイオン交換膜を
使用した電気透析を行いアニオン交換を行う脱沃素と脱
塩により水酸化N−メチルピロリジジニウムの水溶液を
得る。この水溶液に所望の脂肪族不飽和ジカルボン酸化
合物を等モルまたは1/2モル添加し、中和反応させ、減
圧下に蒸発乾固して脂肪族不飽和ジカルボン酸化合物の
N−メチルピロリジジニウム塩を得ることができる。
When this is N-methylated with an alkyl halide, for example, methyl iodide by a conventional method, N-methylpyrrolidinium iodide can be obtained. This is subjected to electrodialysis using an ion-exchange membrane to conduct anion exchange and deiodination and desalting to obtain an aqueous solution of N-methylpyrrolidinium hydroxide. Equimolar or 1/2 mole of the desired aliphatic unsaturated dicarboxylic acid compound is added to this aqueous solution, neutralized, and evaporated to dryness under reduced pressure to obtain an aliphatic unsaturated dicarboxylic acid compound, N-methylpyrrolidinium. Salt can be obtained.

本発明にかかる電解コンデンサ用電解液は、一般的に
非プロトン溶媒に必要に応じ多価アルコール化合物また
はそのモノアルキルエーテル化合物を混合した溶媒に所
望の脂肪族不飽和ジカルボン酸の化合物のモノまたはジ
−N−アルキル−1−アザビシクロ〔m,n,0〕アルカニ
ウム化合物塩を添加溶解して得られる。
The electrolytic solution for an electrolytic capacitor according to the present invention generally comprises a mono- or di-hydric compound of a desired aliphatic unsaturated dicarboxylic acid in a solvent obtained by mixing a polyhydric alcohol compound or a monoalkyl ether compound thereof as necessary with an aprotic solvent. -N-alkyl-1-azabicyclo [m, n, 0] alkanium compound salt is added and dissolved.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明にかかる電解コンデンサ用電解液の実施
例につき、脂肪族不飽和ジカルボン酸の化合物のモノま
たはジ−N−アルキル−1−アザビシクロ〔m,n,0〕ア
ルカニウム化合物塩の各種非プロトン溶媒またはこれと
エチレングリコール溶液の電導度を第1表に示す。
Hereinafter, examples of the electrolytic solution for the electrolytic capacitor according to the present invention, various aprotons of mono- or di-N-alkyl-1-azabicyclo [m, n, 0] alkanium compound salt of a compound of an aliphatic unsaturated dicarboxylic acid Table 1 shows the conductivity of the solvent or the ethylene glycol solution with the solvent.

なお、従来例として標準的な電解液を示している。 Note that a standard electrolytic solution is shown as a conventional example.

以上の結果から分かるように、本発明の電解液は、従
来のものに比べて高い電導度を示している。
As can be seen from the above results, the electrolytic solution of the present invention has higher conductivity than the conventional one.

次に、実施例1〜10および比較例の電解液を用いて各
10個の電解コンデンサを製作し、その特性の比較を行っ
た。
Next, each of the electrolyte solutions of Examples 1 to 10 and Comparative Example was used.
Ten electrolytic capacitors were manufactured and their characteristics were compared.

製作した電解コンデンサは、アルミニウム箔を陽極な
らびに陰極に用い、セパレータ紙を挟んで重ね合わせて
巻回して円筒状のコンデンサ素子としたものに、各々の
実施例および比較例の電解液を含浸して外装ケースに収
納して密封したものである。
The manufactured electrolytic capacitors were made by using aluminum foil for the anode and the cathode, and wound into a cylindrical capacitor element with a separator paper sandwiched therebetween, and impregnated with the electrolytic solution of each of the Examples and Comparative Examples. It is housed in an outer case and sealed.

いずれも同一のコンデンサ素子を用いており、定格電
圧16V、定格容量180μFである。
Each uses the same capacitor element, and has a rated voltage of 16 V and a rated capacity of 180 μF.

第2表はこれら電解コンデンサの初期値ならびに110
℃で定格電圧を印加して1000時間経過後の静電容量値
(CAP:μF)、損失角の正接(tanδ)、および2分値
による漏れ電流(LC:μA)を表している。
Table 2 shows the initial values of these electrolytic capacitors and the values of 110
The capacitance value (CAP: μF), the tangent of the loss angle (tan δ), and the leakage current (LC: μA) in two minutes are shown after 1000 hours from the application of the rated voltage at ° C.

この試験の結果から明らかなように、本発明の電解液
の電導度が高いことから、従来のものに比べ、損失すな
わちtanδの値が低くなる。
As is evident from the results of this test, the loss, that is, the value of tan δ, is lower than that of the conventional electrolyte because the conductivity of the electrolyte of the present invention is high.

また、本質的に水を含まないので、低温環境下であっ
てもその特性の変化が少なく、かつ高温負荷状態での内
圧上昇による外観異常発生や静電容量の減少率は極めて
少ないことが理解される。
In addition, since water is essentially not included, it is understood that its characteristics change little even in a low-temperature environment, and that the appearance abnormalities and the rate of decrease in capacitance due to an increase in internal pressure under a high-temperature load condition are extremely small. Is done.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明にかかる電解液を用いた電解コンデンサは、低
い損失値と、広範囲にわたる温度環境下でも長時間安定
した特性を維持することができるので、高い周波数で使
用され、かつ高効率が求められるスイッチングレギュレ
ータなどの電源装置や、高温度で長時間使用される各種
電気機器等に用いることができる。
The electrolytic capacitor using the electrolytic solution according to the present invention can maintain a low loss value and stable characteristics for a long time even in a wide temperature environment, so that it is used at a high frequency, and high efficiency switching is required. The present invention can be used for a power supply device such as a regulator and various electric devices used at a high temperature for a long time.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】非プロトン溶媒を主体とする溶媒中に、一
般式: (式中、m=3〜6,n=3〜6、Rは炭素原子1〜6個
のアルキル基、R1は炭素原子1〜10個のアルケニレン
基、Xは水素原子または式中に示されるN−アルキル−
1−アザビシクロ〔m,n,0〕アルカニウム化合物基と同
じ基を表す)の脂肪族不飽和ジカルボン酸化合物のモノ
またはジ−N−アルキル−1−アザビシクロ〔m,n,0〕
アルカニウム化合物塩を電解質として含有する電解コン
デンサ用電解液。
[1] In a solvent mainly composed of an aprotic solvent, a general formula: (Wherein m = 3-6, n = 3-6, R is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 1 is an alkenylene group having 1 to 10 carbon atoms, X is a hydrogen atom or N-alkyl-
Mono- or di-N-alkyl-1-azabicyclo [m, n, 0] of an aliphatically unsaturated dicarboxylic acid compound of 1-azabicyclo [m, n, 0] alkanium compound
An electrolytic solution for electrolytic capacitors containing an alkanium compound salt as an electrolyte.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107103998A (en) * 2017-06-02 2017-08-29 南通新三能电子有限公司 Ultra-wide temperature low-voltage aluminum electrolytic capacitor Working electrolyte and preparation method thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107103998A (en) * 2017-06-02 2017-08-29 南通新三能电子有限公司 Ultra-wide temperature low-voltage aluminum electrolytic capacitor Working electrolyte and preparation method thereof
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