JP2906206B2 - アルミニウム電解コンデンサおよびアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電解コンデンサ駆動用電
解液を使用したアルミニウム電解コンデンサに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム電解コンデンサは、アルミ
ニウム箔の表面に電解酸化などによって酸化被膜を形成
したアルミニウム陽極箔とアルミニウム陰極箔とをセパ
レータを介して巻回したコンデンサ素子に電解コンデン
サ駆動用電解液を含浸し、このコンデンサ素子を封口体
とともに外装ケース内に組み込んだ構造を有する。ま
た、陽極箔および陰極箔にそれぞれ固着されたリード線
は封口体を介して外部に引き出されている。

【０００３】アルミニウム電解コンデンサ（以下、「電
解コンデンサ」という）の駆動用電解液（以下、「電解
液」という）は、このような構造を有する電解コンデン
サの実質的に誘電体である電極箔（陽極箔）の酸化被膜
に接し、真の陰極として機能するとともに酸化被膜の修
復能力を有しており、通電中は常に酸化被膜の再生とい
う化学反応を起こして、コンデンサ特性を安定させてい
る。しかし長期間使用していたり、長期間保管した後に
使用すると酸化被膜の再生が不十分となり、コンデンサ
としての機能が低下してしまう。

【０００４】そのために電解液の酸化被膜修復能力が、
電解コンデンサ自体の特性に直接影響を及ぼすことにな
る。

【０００５】したがって、高性能の電解コンデンサを得
るには、優れた酸化被膜修復能力を有した電解液を用い
ることが不可欠の条件とされている。

【０００６】そこでその好適な電解液として、非プロト
ン溶媒を主溶媒とし、カルボン酸またはその塩を溶解し
たものがよく使用されている。特に、低圧用の電解コン
デンサにはγ−ブチロラクトンを主体とした溶媒に芳香
族カルボン酸の第４級アンモニウム塩や、下記の一般式
［２］で示される第３級アミン塩を溶質として溶解した
電解液が多く使用されている。

【０００７】

【化３】 （式中、Ｘは芳香族カルボン酸を示し、Ｒ_１〜Ｒ_３は第
３級アミンの置換基を示す。Ｒ_１＝Ｒ_２＝Ｒ_３またはＲ
_１≠Ｒ_２≠Ｒ_３またはＲ_１＝Ｒ_２≠Ｒ_３であり、Ｒ_１の
炭素数が２未満あるいは５以上である。）

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第４級
アンモニウム塩や一般式［２］に示される第３級アミン
塩を含む電解液の誘電体酸化被膜に対する修復能力は、
現在求められている長期間の信頼性と安定性に充分な誘
電体酸化被膜修復能力ではなく、長期間使用していた
り、長期間保管してしまうと誘電体酸化被膜の破損部分
を充分に修復できず、漏れ電流が増加してしまうなどの
問題点がある。このことからコンデンサ特性の劣化が大
きくなってしまう。この問題を解決するために種々の添
加剤の検討がなされてきたが、いまだに解決されていな
い。

【０００９】さらに、第４級アンモニウム塩を含有する
電解液はブチルゴムなどの封口体を膨潤させたり、特に
陰極箔に固着されたリード線のタブ端子の近傍において
電解液のｐＨが強アルカリとなり、タブ端子を腐食させ
てゴム封口体に穿設された透孔との嵌合が弱まり、ゴム
封口体とタブ端子の間から外部へ漏液しやすくなるとい
う問題点がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した従来の
課題に鑑みなされたもので、第３級アミン塩を含有する
電解液において、誘電体酸化被膜に対する高い酸化被膜
修復能力を持った電解液を提供するものである。すなわ
ち、本発明は非プロトン溶媒を好ましくは主溶媒とし、
下記の一般式［１］で示される芳香族カルボン酸の第３
級アミン塩を溶解したことを特徴とするものである。

【化４】 （式中、Ｘは芳香族カルボン酸を示し、Ｒ_１およびＲ_２
は第３級アミンの置換基を示す。Ｒ_１の炭素数は２〜
４、Ｒ_２の炭素数は２〜４、Ｒ_１≠Ｒ_２である。）

【００１１】本発明に係る一般式［１］において、炭素
数が２未満であると火花発生電圧が低くなり、電解コン
デンサを作製した際に火花発生電圧が充分ではなく、ま
た炭素数が５以上であると溶媒に対する溶解性が低下し
て電解コンデンサを作製した際に、損失角の正接（ｔａ
ｎδ）が増大してしまい好ましくないからである。

【００１２】本発明に係る電解液の溶質中のアミン塩の
具体例として、ジエチルプロピルアミン塩、ジエチルブ
チルアミン塩、ジプロピルエチルアミン塩、ジプロピル
ブチルアミン塩、ジブチルエチルアミン塩、ジブチルプ
ロピルアミン塩が挙げられる。

【００１３】また、本発明に用いられる芳香族カルボン
酸はフタル酸、安息香酸、サリチル酸またはレゾルシル
酸が好ましいが、これに限定するものではない。

【００１４】また、非プロトン溶媒はβ−ブチロラクト
ン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バ
レロラクトン、γ−カプロラクトン、ε−カプロラクト
ン、γ−ヘプタラクトン、γ−ヒドロキシ−ｎ−カプリ
ル酸ラクトン、γ−ノナラクトン、δ−デカラクトン、
γ−ウンデカラクトンなどのラクトン類が挙げられる
が、本発明に用いられる非プロトン溶媒はラクトン類に
のみに限定するものではない。

【００１５】また、本発明においては非プロトン溶媒に
他の溶媒を混合してもよい。この場合、混合する溶媒は
グリコール類が好ましく、エチレングリコール、エチレ
ングリコールモノアルキルエーテル、エチレングリコー
ルジアルキルエ−テル、プロピレングリコール、ジエチ
レングリコール、ジエチレングリコールモノアルキルエ
ーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、ポ
リエチレングリコール、グリセリンなどが挙げられる
が、本発明で混合される溶媒はグリコール類のみに限定
するものではない。

【００１６】本発明に係る電解液において、ラクトン類
やグリコール類などの溶媒中における一般式［１］に示
される芳香族カルボン酸の第３級アミン塩の含有量は、
種々に選択し得るが、飽和溶液の状態が最も電気伝導度
が高く好適である。一般式［１］に示される芳香族カル
ボン酸の第３級アミン塩の含有量は電解液中１〜６０重
量％、好ましくは１０〜４０重量％程度であり、６０重
量％を超えると溶解しなくなる。

【００１７】本発明において、ラクトン類やグリコール
類をそれぞれ単独で用いることもできるが、混合して用
いる方が高い電気伝導度が得られやすい。ラクトン類と
グリコール類の混合割合は重量比２０対８０から９５対
５程度が採用される。

【００１８】本発明においては、本発明に係る電解液の
火花発生電圧を向上させるために硼酸、リン酸、タング
ステン酸、ヘテロポリ酸などの無機酸またはその塩やマ
ンニット、ソルビットなどの多糖類を０．１〜１０重量
％、好ましくは０．１〜５重量％添加してもよい。

【００１９】さらに、電解コンデンサの初期の損失角の
正接（ｔａｎδ）を改善するために、本発明に係る電解
液にケトン類、ニトロ化合物またはその塩を０．１〜１
０重量％、好ましくは０．１〜５重量％を添加してもよ
い。

【００２０】本発明に係る電解液のｐＨは必要に応じて
所望のｐＨ調整剤を添加することにより４〜１２、好ま
しくは５〜７に調整される。また、電解液中の水分の存
在はアルミニウム箔の腐食の原因などとなるので、出来
るだけ存在しない方が望ましいが、５重量％程度以下で
あれば特に不都合は生じない。

【００２１】

【作用】本発明に係る電解液においては、電解質として
一般式［１］に示される芳香族カルボン酸の第３級アミ
ン塩を用いることにより、溶媒に対する高いイオン解離
性により高い電気伝導度（μＳ／ｃｍ）と良好な誘電体
酸化被膜修復機能を有する。よって、損失角の正接（ｔ
ａｎδ）、漏れ電流ともに低い電解コンデンサを得るこ
とができる。また、本発明は第３級アミン塩を用いた電
解液であるので、陰極箔に固着されたリード線のタブ端
子の近傍において電解液のｐＨが強アルカリとなること
はない。したがって、タブ端子を腐食させることもない
ので、ゴム封口体とタブ端子の間から外部へ漏液するこ
ともないものである。

【００２２】

【実施例】まず、本発明に係る電解液の組成を比較例と
ともに説明する。なお、比較例１および実施例１は、そ
の電気伝導度（μＳ／ｃｍ；液温４０℃にて）および火
花発生電圧（Ｖ；液温８５℃にて）を測定した。

【００２３】〈比較例１〉 電解液組成； フタル酸テトラブチルアンモニウム塩 ２５重量％ γ−ブチロラクトン ６０重量％ エチレングリコール １５重量％ 電気伝導度は７０００μＳ／ｃｍ、火花発生電圧は５０
Ｖであった。

【００２４】〈実施例１〉 電解液組成；フタル酸ジエチルプロピルアミン塩 ２５重量％ γ−ブチロラクトン ６０重量％ エチレングリコール １５重量％ 電気伝導度は７４００μＳ／ｃｍ、火花発生電圧は８５
Ｖであった。

【００２５】〈比較例２〉 電解液組成； フタル酸トリエチルアミン塩 ２５重量％ γ−バレロラクトン ７０重量％ ジエチレングリコール ５重量％

【００２６】〈実施例２〉 電解液組成； フタル酸ジエチルプロピルアミン塩 ２５重量％ γ−バレロラクトン ７０重量％ ジエチレングリコール ５重量％

【００２７】〈比較例３〉 電解液組成； 安息香酸トリプロピルアミン塩 ２５重量％ γ−ブチロラクトン ６０重量％ エチレングリコール １５重量％

【００２８】〈実施例３〉 電解液組成； 安息香酸ジエチルブチルアミン塩 ２５重量％ γ−ブチロラクトン ６０重量％ エチレングリコール １５重量％

【００２９】〈比較例４〉 電解液組成； サリチル酸メチルエチルプロピルアミン塩 ２０重量％ γ−バレロラクトン ６０重量％ ジエチレングリコール １０重量％ プロピレングリコール １０重量％

【００３０】〈実施例４〉 電解液組成； サリチル酸ジプロピルエチルアミン塩 ２０重量％ γ−バレロラクトン ６０重量％ エチレングリコール １０重量％ プロピレングリコール １０重量％

【００３１】〈比較例５〉 電解液組成； レゾルシル酸トリエチルアミン塩 ２５重量％ γ−ブチロラクトン ６０重量％ エチレングリコール １５重量％

【００３２】〈実施例５〉 電解液組成； レゾルシル酸ジプロピルブチルアミン塩 ２５重量％ γ−ブチロラクトン ６０重量％ エチレングリコール １５重量％

【００３３】〈比較例６〉 電解液組成； フタル酸テトラメチルアンモニウム塩 ２５重量％ γ−バレロラクトン ７０重量％ エチレングリコール ５重量％

【００３４】〈実施例６〉 電解液組成； フタル酸塩ジブチルエチルアミン塩 ２５重量％ γ−バレロラクトン ７０重量％ エチレングリコール ５重量％

【００３５】〈比較例７〉 電解液組成； フタル酸塩ジペンチルヘキシルアミン塩 ２５重量％ γ−ブチロラクトン ７０重量％ エチレングリコール ５重量％

【００３６】〈実施例７〉 電解液組成； フタル酸塩ジブチルプロピルアミン塩 ２５重量％ γ−ブチロラクトン ６８重量％ ジエチレングリコール ５重量％ リンタングステン酸 ２重量％

【００３７】〈比較例８〉 電解液組成； フタル酸ジメチルエチルアミン塩 ２５重量％ γ−バレロラクトン ７０重量％ エチレングリコール ５重量％

【００３８】〈比較例９〉 電解液組成； フタル酸トリメチルアミン塩 ２５重量％ γ−ブチロラクトン ７０重量％ エチレングリコール ５重量％

【００３９】次に、比較例１の電解液と実施例１の電解
液を用いて定格６．３Ｖ１５０００μＦ（製品サイズ；
直径１８ｍｍ、軸長４０ｍｍ）の電解コンデンサを各々
３０個作製し、１０５℃の温度下で貯蔵試験を１０００
時間実施した。

【００４０】この後に定電流電源を用いて１．０ｍＡの
定電流を印加し、定格電圧に到達するまでの時間を計測
した。比較例１の電解液を用いた電解コンデンサは定格
電圧に達するまでの時間が、４２２．０秒であったが、
実施例１の電解液を用いた電解コンデンサは、１２．５
秒と約１／３４の時間に短縮することができた。これを
表１に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】比較例１、実施例１ともに電解液の特性は
ほぼ同等であるが、本発明に係る一般式［１］に示され
る芳香族カルボン酸の第３級アミン塩を用いた電解液
は、高温貯蔵下での長期信頼性が高いことが分かる。

【００４３】さらに、比較例２〜６および実施例２〜７
による電解液を用いて定格８０Ｖ２．２μＦ（製品サイ
ズ；直径５ｍｍ、軸長１１．５ｍｍ）の電解コンデンサ
を各々２０個作製し、その静電容量（μＦ）、損失角の
正接（ｔａｎδ）、漏れ電流（１分値；μＡ）を測定し
た。その平均値を表２に示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】このように、実施例２〜７の電解液を用い
た電解コンデンサの漏れ電流値は比較例２〜９と比較し
て格段に低く、損失角の正接（ｔａｎδ）もそれぞれ比
較例と較べて低い値である。以上のことから本発明に係
る一般式［１］に示される芳香族カルボン酸の第３級ア
ミン塩を用いた電解液は、一般式［２］に示される芳香
族カルボン酸の第３級アミン塩や第４級アンモニウム塩
を使用した電解液に比べて優れた誘電体酸化被膜修復能
力を有していることが分かる。

【００４６】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、非プロ
トン溶媒に、一般式［１］に示される芳香族カルボン酸
の第３級アミン塩を溶解したことにより、誘電体酸化被
膜修復の能力が格段に優れた電解液を得ることができ
る。これにより漏れ電流の少ない、長期間の保管にも耐
えられる長寿命の電解コンデンサを得ることができるも
のである。

フロントページの続き (72)発明者 一杉 健一 神奈川県藤沢市辻堂新町２丁目２番１号 エルナ−株式会社内 (72)発明者 数原 学 神奈川県藤沢市辻堂新町２丁目２番１号 エルナ−株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−11718（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−98211（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−194612（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01G 9/035

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非プロトン溶媒に、下記の一般式［１］に
   示した芳香族カルボン酸の第３級アミン塩を溶解したこ
   とを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解
   液。 【化１】 （式中、Ｘは芳香族カルボン酸を示し、Ｒ_１およびＲ_２
   は第３級アミンの置換基を示す。Ｒ_１の炭素数は２〜
   ４、Ｒ_２の炭素数は２〜４、Ｒ_１≠Ｒ_２である。）
2. 【請求項２】芳香族カルボン酸がフタル酸、安息香酸、
   サリチル酸またはレゾルシル酸である請求項１に記載の
   アルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液。
3. 【請求項３】第３級アミン塩がジエチルプロピルアミン
   塩、ジエチルブチルアミン塩、ジプロビルエチルアミン
   塩、ジプロピルブチルアミン塩、ジブチルエチルアミン
   塩またはジブチルプロピルアミン塩である請求項１また
   は２に記載のアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解
   液。
4. 【請求項４】非プロトン溶媒に、下記の一般式［１］に
   示した芳香族カルボン酸の第３級アミン塩を溶解した電
   解コンデンサ駆動用電解液を使用することを特徴とする
   アルミニウム電解コンデンサ。 【化２】 （式中、Ｘは芳香族カルボン酸を示し、Ｒ_１およびＲ_２
   は第３級アミンの置換基を示す。Ｒ_１の炭素数は２〜
   ４、Ｒ_２の炭素数は２〜４、Ｒ_１≠Ｒ_２である。）
5. 【請求項５】芳香族カルボン酸がフタル酸、安息香酸、
   サリチル酸またはレゾルシル酸である請求項４に記載の
   アルミニウム電解コンデンサ。
6. 【請求項６】第３級アミン塩がジエチルプロビルアミン
   塩、ジエチルブチルアミン塩、ジプロピルエチルアミン
   塩、ジプロピルブチルアミン塩、ジブチルエチルアミン
   塩またはジブチルプロピルアミン塩てある請求項４また
   は５に記載のアルミニウム電解コンデンサ。