JP2836774B2 - Electrolyte for driving electrolytic capacitors - Google Patents

Electrolyte for driving electrolytic capacitors

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、アルミ電解コンデンサ
の駆動用電解液(以下電解液という)に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrolytic solution for driving an aluminum electrolytic capacitor (hereinafter referred to as an electrolytic solution).

【0002】[0002]

【従来の技術】アルミニウム電解コンデンサは、化学反
応を行わせながら使用されるが、定格電圧を超えた過電
圧が印加されても、短絡あるいは短絡に基づく発火を生
じないよう求められている。これに対応するため、一つ
の方法としては定格電圧を大きく上回る耐電圧を有する
電解液での対応も考えられている。しかしながら、一般
的に耐電圧の上昇は比抵抗の上昇を招き、リプル吸収等
のコンデンサとしての基本特性を損なうことになりかね
ず好ましくない。また、他の方法としては、比抵抗レベ
ルは上げること無しに発熱に起因した防爆弁を作動させ
ることが考えられるが、これとても定格温度あるいは定
格電圧を超えた途端に防爆弁が作動するようでも好まし
くない。比抵抗レベルを上げないで耐電圧を向上させる
手段として、スルファミン酸の添加、アルキルリン酸の
添加等が提案されているが、十分には耐電圧の向上は望
めなかった。特にパワ−エレクトロニクス用途における
アルミニウム電解コンデンサでは、より大きいケ−スに
より大きい容量を収容していく傾向があることから、過
電圧印加による短絡もしくは発火が生じた時の機器への
影響は大きく、安全性への対応が強く求められているの
が実状である。
2. Description of the Related Art An aluminum electrolytic capacitor is used while performing a chemical reaction, but it is required that even if an overvoltage exceeding a rated voltage is applied, a short circuit or ignition due to the short circuit does not occur. To cope with this, as one method, a method using an electrolyte having a withstand voltage greatly exceeding the rated voltage has been considered. However, in general, an increase in the withstand voltage causes an increase in the specific resistance, which may impair the basic characteristics of the capacitor such as ripple absorption, which is not preferable. As another method, it is conceivable to operate the explosion-proof valve due to heat generation without increasing the specific resistance level.However, as soon as the rated temperature or the rated voltage is exceeded, the explosion-proof valve is activated. But not preferred. As means for improving the withstand voltage without increasing the specific resistance level, addition of sulfamic acid, addition of alkylphosphoric acid and the like have been proposed, but the withstand voltage cannot be sufficiently improved. In particular, aluminum electrolytic capacitors used in power electronics applications tend to accommodate a larger capacity in a larger case. The reality is that there is a strong demand for a response.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特定の添加
物を添加することにより、比抵抗を上げることなく耐電
圧を向上させ、過電圧が印加された場合においても短絡
すること無く防爆弁が作動する、アルミ電解コンデンサ
の電解液を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, by adding a specific additive, the withstand voltage can be improved without increasing the specific resistance, and the explosion-proof valve can be formed without short-circuiting even when an overvoltage is applied. An object of the present invention is to provide an electrolytic solution for an aluminum electrolytic capacitor that operates.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】これらの問題を解決する
ため、有機極性溶媒を主溶媒とし、有機酸もしくは無機
酸またはその塩を溶質とする電解コンデンサの電解液
に、式1もしくは式2に示すアルキルエ−テル硫酸塩を
添加することを特徴としている。またアルキルエ−テル
硫酸塩は、アンモニウムもしくはナトリウムまたはカリ
ウムの塩であり、その添加量は0.01〜0.5重量%
であることを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液
である。
In order to solve these problems, an electrolytic solution of an electrolytic capacitor using an organic polar solvent as a main solvent and an organic acid or an inorganic acid or a salt thereof as a solute is expressed by the following formula (1) or (2). It is characterized by adding the alkyl ether sulfate shown. The alkyl ether sulfate is a salt of ammonium, sodium, or potassium, and is added in an amount of 0.01 to 0.5% by weight.
An electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor, characterized in that:

【0005】[0005]

【化3】 Embedded image

【0006】[0006]

【化4】 Embedded image

【0007】[0007]

【作用】本発明において、アルキルエ−テル硫酸塩は、
エチレンオキサイドを持つポリエチレングリコ−ル型の
非イオン型界面活性剤と硫酸とのエステルであり、アニ
オン系の界面活性剤である。従って、非イオン型界面活
性剤のもつ低濃度でも活性作用を有する点とアニオン系
のもつ広い温度範囲で活性作用を持つ点を併せもつと考
えられる。さらに、極性溶媒に容易に溶け、アルカリお
よび酸に対する安定性が高いとされている。従って、切
り口部を含む陽極箔全体に電解液が均一に含浸されてい
るため、エ−ジングにおける化成皮膜の生成が均一にな
され、結果として過電圧印加時には、特に切り口部全体
に電流が流れ、発熱による弁作動にいたるものと考えら
れる。仮に、エ−ジングにより全体としては良質な化成
皮膜が生成されていたとしても、化成不十分な箇所が一
カ所でも存在すると、過電圧印加時には特にその箇所に
電流が集中することから、再化成されるまでもなくその
箇所は破壊され、短絡あるいはそれに起因した発火にい
たるものと考えられる。従って、電解液が陽極箔にどれ
だけ均一に含浸されているかが重要であり、さらに通常
65℃から105℃の雰囲気中でエ−ジングされること
から、この温度範囲においても界面活性作用を失ってい
ないことが重要である。また、皮膜の劣化が生じやすい
105℃における高温無負荷放置後についても同様であ
り、結果から判断して式1に示したアルキルエ−テル硫
酸塩は特にこの点を満足していると考えられる。
In the present invention, the alkyl ether sulfate is
It is an ester of a sulfuric acid with a polyethylene glycol type nonionic surfactant having ethylene oxide, and is an anionic surfactant. Therefore, it is considered that the nonionic surfactant has both the activity at a low concentration and the activity of an anion at a wide temperature range. Furthermore, it is said that it is easily soluble in polar solvents and has high stability to alkalis and acids. Therefore, since the electrolytic solution is uniformly impregnated in the entire anode foil including the cut portion, the formation of a chemical conversion film in aging is made uniform. As a result, when an overvoltage is applied, current flows particularly in the entire cut portion, and heat is generated. It is considered that the valve operation is caused by the above. Even if aging results in the formation of a high-quality chemical conversion film as a whole, if there is even one place where conversion is insufficient, the current is concentrated especially at that place when overvoltage is applied, so that re-formation is performed. Needless to say, it is thought that the part was destroyed, resulting in a short circuit or a fire caused by the short circuit. Therefore, it is important how uniformly the electrolyte is impregnated in the anode foil. Further, since the anode foil is usually aged in an atmosphere of 65 ° C. to 105 ° C., the surface active action is lost even in this temperature range. It is important not to. The same applies to the case where the film is left unloaded at a high temperature of 105 ° C. where deterioration of the film easily occurs. Judging from the results, it is considered that the alkyl ether sulfate shown in the formula 1 satisfies this point in particular.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例に基づいて説明
する。溶媒は、主としてエチレングリコ−ルやジエチレ
ングリコ−ル等の多価アルコ−ルを用い、10重量%以
内の水も含む。溶質として7−ビニル−9−ヘキサデセ
ン−1,16−ジカルボン酸等の高級二塩基酸およびほ
う酸もしくはそのアンモニウム塩、さらにマンニット、
ソルビット等のヘキシット類を用いる。添加剤として、
本発明によるアルキルエ−テル硫酸塩を用いる。他の添
加剤として燐酸あるいは次亜燐酸を用いても良い。アル
キルエ−テル硫酸塩としては、ラウリルアルコ−ル(エ
チレンオキサイド4モル付加物)硫酸エステルアンモニ
ウム塩、ノニルフェノ−ル(エチレンオキサイド10モ
ル付加物)硫酸エステルナトリウム塩等を用いる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a description will be given based on specific embodiments of the present invention. The solvent is mainly a polyhydric alcohol such as ethylene glycol or diethylene glycol, and contains up to 10% by weight of water. As a solute, a higher dibasic acid such as 7-vinyl-9-hexadecene-1,16-dicarboxylic acid and boric acid or its ammonium salt;
Hexit such as sorbit is used. As an additive,
The alkyl ether sulfates according to the invention are used. Phosphoric acid or hypophosphorous acid may be used as another additive. As the alkyl ether sulfate, lauryl alcohol (ethylene oxide 4 mole addition product) sulfate ammonium salt, nonylphenol (ethylene oxide 10 mole addition product) sulfate sodium salt and the like are used.

【0009】表1に示す組成表の中では、直鎖アルコー
ル系の場合は、炭素数をCn、エチレンオキサイドの付
加モル数をEOmで表す。同様に、フェノール系の場合
は、フェノールに付加したアルキル基の炭素数をCj、
エチレンオキサイドの付加モル数をEOkで表す。界面
活性剤としては一般的にはナトリウム塩であるが、カリ
ウム塩もしくはアンモニウム塩であっても良い。なお、
本実施例においては、実施例1から実施例6まではアン
モニウム塩、実施例7と実施例11はカリウム塩、実施
例8から実施例10はナトリウム塩を用いた。
In the composition table shown in Table 1, in the case of a straight-chain alcohol system, the number of carbon atoms is represented by Cn, and the number of moles of ethylene oxide added is represented by EOm. Similarly, in the case of phenol, the number of carbon atoms of the alkyl group added to phenol is Cj,
The number of moles of ethylene oxide added is represented by EOk. The surfactant is generally a sodium salt, but may be a potassium salt or an ammonium salt. In addition,
In this example, ammonium salts were used in Examples 1 to 6, potassium salts were used in Examples 7 and 11, and sodium salts were used in Examples 8 to 10.

【0010】アルキルエ−テル硫酸塩の添加量は0.0
5重量%から0.2重量%の範囲が好ましい。表1には
示していないが、0.01重量%未満の場合には添加し
た効果が見られず、また0.5重量%を超えた場合には
電解液の攪拌時に泡立ちが見られた。また、カルボキシ
メチルセルロ−スや硫酸アンモニウムを添加するとアル
キルエ−テル硫酸塩の添加量が0.1重量%以下の範囲
で効果が見られた。
The addition amount of the alkyl ether sulfate is 0.0
A range of 5% to 0.2% by weight is preferred. Although not shown in Table 1, when less than 0.01% by weight, the effect of addition was not observed, and when more than 0.5% by weight, foaming was observed during stirring of the electrolytic solution. When carboxymethyl cellulose or ammonium sulfate was added, the effect was observed when the amount of the alkyl ether sulfate was 0.1% by weight or less.

【0011】式1に示されるアルキルエ−テル硫酸塩の
アルキル基R1-の炭素数は、8〜18の間が適当であ
り、またエチレンオキサイドのモル数mは2〜6が適当
である。同様に式2に示されるアルキルエ−テル硫酸塩
のアルキル基R2-の炭素数は8〜9が適当であり、また
エチレンオキサイドのモル数mは4〜10が適当であ
る。吸湿性とイオン性が関係していると考えられる。
The carbon number of the alkyl group R 1- of the alkyl ether sulfate represented by the formula 1 is suitably between 8 and 18, and the mole number m of ethylene oxide is suitably 2-6. Similarly, the alkyl group R 2- of the alkyl ether sulfate represented by the formula 2 suitably has 8 to 9 carbon atoms, and the ethylene oxide preferably has 4 to 10 moles m. It is considered that hygroscopicity and ionicity are related.

【0012】なお、実施例の中では、ベ−スとなる組成
を以下の様にした。 エチレングリコール 79.39重量% ジエチレングリコール 5 重量% 純水 3 重量% 7-ビニル-9-ヘキサデセン-1,16-ジカルボン酸 4 重量% アゼライン酸アンモニウム 2 重量% 安息香酸アンモニウム 2 重量% ほう酸 3 重量% マンニット 1.5 重量% 燐酸 0.1 重量% 次亜燐酸 0.01重量%
In the examples, the base composition was as follows. Ethylene glycol 79.39% by weight Diethylene glycol 5% by weight Pure water 3% by weight 7-vinyl-9-hexadecene-1,16-dicarboxylic acid 4% by weight Ammonium azelate 2% by weight Ammonium benzoate 2% by weight Boric acid 3% by weight Mannit 1.5 Wt% Phosphoric acid 0.1 wt% Hypophosphorous acid 0.01 wt%

【0013】表1より明らかな様に、従来例と比較して
火花発生電圧(シンチレ−ション電圧とも言う)が5〜
15V高くなっているが、比抵抗はほぼ同等である。
As is clear from Table 1, the spark generation voltage (also referred to as a scintillation voltage) is 5 to 5 in comparison with the conventional example.
Although the resistance is increased by 15 V, the specific resistance is almost equal.

【0014】表1に示した電解液を用いて、定格400
V,330μFのアルミ電解コンデンサを試作し、室温
で550V,3Aを印加し、防爆弁の作動状況を調査し
た。電解液1種類につき製品50個を初期品として過電
圧試験し、さらに50個は105℃,250時間無負荷
放置後に過電圧試験した。その結果を表2に示す。表2
中分母の数は、 製品50個のうち5分間の過電圧試験
で短絡および防爆弁が作動しなかった製品数を除いた
数、また分子の数は短絡した製品の数をNG数として示
した。
Using the electrolyte shown in Table 1, a rating of 400
A prototype of an aluminum electrolytic capacitor of V, 330 μF was made, 550 V, 3 A was applied at room temperature, and the operation status of the explosion-proof valve was investigated. An overvoltage test was performed using 50 products as initial products for each type of electrolyte solution, and 50 overvoltage tests were carried out after leaving the batteries unloaded at 105 ° C. for 250 hours. Table 2 shows the results. Table 2
The number of median denominators is the number excluding the number of products in which the short-circuit and the explosion-proof valve did not operate in the 5-minute overvoltage test out of 50 products.

【0015】表2より明らかな様に、いずれの実施例に
おいても大幅にNG品が減少しており、アルキルエ−テ
ル硫酸塩の添加による効果は明らかである。
As is clear from Table 2, the NG products are greatly reduced in all the examples, and the effect of the addition of the alkyl ether sulfate is apparent.

【0016】[0016]

【表1】 [Table 1]

【0017】[0017]

【表2】 [Table 2]

【0018】[0018]

【発明の効果】製品の過電圧対応を、製品が短絡するこ
となく防爆弁を作動させることにより対応させるには、
コンデンサ素子の仕様面での検討を欠かすことはできな
いが、アルミ電解コンデンサの駆動用電解液としては、
以上の様に、アルキルエ−テル硫酸塩を0.01重量%
から0.5重量%添加することにより、比抵抗レベルを
同等に保ったまま、過電圧印加試験において陽極皮膜の
破壊による短絡を大幅に減少することが可能となり、工
業的価値大なるものがある。
According to the present invention, in order to cope with overvoltage of a product by operating an explosion-proof valve without short-circuiting the product,
Although it is indispensable to study the specification of the capacitor element, as the driving electrolyte for aluminum electrolytic capacitors,
As described above, 0.01% by weight of alkyl ether sulfate was added.
By adding 0.5 to 0.5% by weight, it is possible to greatly reduce the short circuit due to the breakdown of the anode film in the overvoltage application test while keeping the specific resistance level equal, and there is an industrial value.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01G 9/035──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01G 9/035

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 有機極性溶媒を主溶媒とし、有機酸もし
くは無機酸またはその塩を溶質とする電解コンデンサの
駆動用電解液に、式1もしくは式2に示すアルキルエ−
テル硫酸塩を添加することを特徴とする電解コンデンサ
の駆動用電解液。 【化1】 【化2】
1. An electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor comprising an organic polar solvent as a main solvent and an organic acid or an inorganic acid or a salt thereof as a solute, comprising an alkyl ether represented by the formula (1) or (2).
An electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor, characterized by adding tersulfate. Embedded image Embedded image
【請求項2】 上記アルキルエ−テル硫酸塩は、アンモ
ニウムもしくはナトリウムまたはカリウムの塩であり、
その添加量は0.01〜0.5重量%であることを特徴
とする電解コンデンサの駆動用電解液。
2. The alkyl ether sulfate is an ammonium or sodium or potassium salt,
An electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor, wherein the amount of addition is 0.01 to 0.5% by weight.
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