JP3176611B2 - 電解コンデンサ用電解液 - Google Patents

電解コンデンサ用電解液

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電解コンデンサ用電解液の改良に関し、更
に詳しくは、特定の添加物を添加することにより、電解
コンデンサの比抵抗の増加を抑制しつつ火花電圧を上昇
させることを企図する電解コンデンサ用電解液の改良に
関する。
[従来の技術] 電解コンデンサは、小形、大容量、安価で整流出力の
平滑化等に優れた特性を示し、各種電気・電子機器の重
要な構成要素の1つであり、一般に、表面を電解酸化に
よって酸化皮膜を変えたアルミニウムフィルムを陽極と
し、この酸化皮膜を誘電体として集電陰極との間に電解
液を介在させて作製される。使用中は常に酸化皮膜を再
生しているため安定であるが、例えば長期間使用しない
と再生が不十分となり劣化する。
電解コンデンサは化学反応を行わせながら使用するた
め、その特性は電解液の性質に大きく依存する。表面を
酸化皮膜としたアルミニウム電極と電解液との間で起る
化学反応の定常状態を維持し、誘電体とするアルミニウ
ム酸化皮膜を良好に保持することが性能の安定化に重要
であり、使用法を誤って例えば過剰の高電圧負荷等によ
り化学的定常状態が乱れると、アルミニウム酸化皮膜が
破壊されやがては絶縁が破れるに至る。
コンデンサの負荷電圧が上昇し高電圧負荷による誘電
体の物性変化が進行し時間的な誘電率の変化が生じる結
果電気化学的状態が動揺する現象をシンチレーションと
いうが、このような現象が認められる電圧をシンチレー
ション電圧(火花電圧)としてコンデンサの耐電圧性の
尺度とすることができ、シンチレーション電圧(火花電
圧)が高い程コンデンサの耐電圧性が大きいことを示
す。これは簡便には、適当な大きさの未化成アルミニウ
ム箔を測定しようとする電解液に浸した状態で、最終コ
ンデンサ製品まで組み上げることなく測定することがで
きる。
従来の一般的な電解コンデンサ用電解液においては、
高耐電圧性を得るために電解液にホウ酸等の酸またはこ
れらの塩が主溶質として添加された。また、これら以外
にも種々の添加物を添加することにより電解コンデンサ
用電解液を改良して高耐電圧性を得る試みがなされてい
る。
高耐電圧性を得るための添加剤としては、例えば、ス
ルファミン酸の添加(特開昭49−82963号)、スベリン
酸の添加(特開昭49−133860号)、リン酸ドデシルの添
加(特開昭49−73659号)、アルキルリン酸の添加(特
開昭52−153154号)、ジ亜リン酸の添加(特開昭57−14
1913号)、ホウ酸−マンニット系の使用(特開昭57−60
829号)、ホウ酸−マンニット−ポリビニルアルコール
系の使用(特開昭59−177915号)等が提案されている
が、高電導度を維持した耐電圧の向上は必ずしも十分に
は望めなかった。
[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、従来
型の火花電圧上昇剤と比較すると、電解コンデンサの比
抵抗の増加を抑制しつつ火花電圧を上昇させる顕著な効
果を与える電解コンデンサ用電解液を提供することを目
的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明によれば、弁作用金属の陽極酸化皮膜を誘電体
とし、電解液を介して陰極を取り出す電解コンデンサに
使用する電解コンデンサ駆動用電解液において、γ−ブ
チロラクトンを主溶媒とする電解液組成物中に粒径1nm
〜1000nmのシリカコロイド粒子を0.5〜10重量部添加し
てなることを特徴とする電解コンデンサ用電解液が提供
される。
本発明による電解コンデンサ用電解液は、アルミニウ
ム電解コンデンサ駆動用の電解液として、γ−ブチロラ
クトンを主溶媒とし、有機酸もしくは無機酸またはその
塩を溶質とすれば好適である。
電解液のγ−ブチロラクトンと組合せて使用し得る溶
媒の具体例として次のような溶媒を例示することができ
る: プロトン性極性溶媒 エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノー
ル、ヘキサノール、シクロブタノール、シクロペンタノ
ール、シクロヘキサノール、並びにベンジルアルコール
等の1価アルコール類、 エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセ
リン、メトキシエタノール、エトキシエタノール、メト
キシプロピレングリコール、並びにジメトキシプロパノ
ール等の多価アルコールおよびアルコールエーテル類、 非プロトン性極性溶媒 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、並びにヘキサメチルホスホリックアミド等の
アミド系溶媒、 N−メチル−2−ピロリドン、エチレンカーボネイ
ト、プロピレンカーボネイト、イソブチレンカーボネイ
ト等のラクトン、環状アミド系溶媒、 アセトニトリル等のニトリル系溶媒、 ジメチルスルホキシド等のオキシド系溶媒。
電解液の電解質として単独または組合せて使用し得
る、有機酸もしくは無機酸又はその塩である電解質の具
体例として次のような電解質を例示することができる: 有機酸 ギ酸、酢酸、プロピオン酸、エナント酸等の脂肪族モ
ノカルボン酸、 マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、メチ
ルマロン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、
セバシン酸、デカンジカルボン酸、マレイン酸、シトラ
コン酸、並びにイタコン酸等の脂肪族ジカルボン酸、 安息香酸、フタル酸、サリチル酸、トルイル酸、並び
にピロメリト酸等の芳香族カルボン酸、 無機酸 ホウ酸、リン酸、ケイ酸、HBF4、HPF6等の無機酸、 アンモニウム アンモニウム(NH4 +)、 メチルアンモニウム、エチルアンモニウム、並びにプ
ロピルアンモニウム等のモノアルキルアンモニウム、 ジメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、エチ
ルメチルアンモニウム、並びにジブチルアンモニウム等
のジアルキルアンモニウム、 トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、
並びにトリブチルアンモニウム等のトリアルキルアンモ
ニウム、 テトラメチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモ
ニウム、トリブチルアンモニウム、テトラエチルアンモ
ニウム、並びにN,N−ジメチルピロリジニウム等の第4
級アンモニウム、 その他 ホスホニウムおよびアルソニウムも使用することがで
きる。
このような溶質−溶媒系からなる電解液に対し、好ま
しくは前記した粒径1nm〜1000nmのシリカコロイド粒子
を0.1〜20重量部、更に好ましくは0.5〜10重量部添加す
ることにより、比抵抗の増加を抑制しつつ火花電圧を大
幅に改良し得る電解コンデンサ用電解液を提供すること
ができる。
[作用] 本発明が開示した電解コンデンサ用電解液に添加する
独特の添加物である粒径1nm〜1000nmのシリカコロイド
粒子が、電解コンデンサ用電解液中で、γ−ブチロラク
トンを主溶媒とする有機極性溶媒と、有機酸もしくは無
機酸またはその塩を溶質とする電解液中でどのような作
用をするのか、その作用機構自体は明らかではない。し
かしながら、本発明による電解コンデンサ用電解液は、
電解コンデンサの陽極、陰極、アルミニウム酸化皮膜誘
電体並びに電解液から構成される電気化学的反応系の化
学的定常状態の安定化に何らかの寄与をしているものと
推定される。
前記したように、電解コンデンサは化学反応を行わせ
ながら使用するため、その特性は電解液の性質に大きく
依存する。表面を酸化皮膜としたアルミニウム電極と電
解液との間で起る化学反応の定常状態を維持し、誘電体
とするアルミニウム酸化皮膜を良好に保持することが性
能の安定化に重要である。
本発明は、独特の添加物である粒径1nm〜1000nmのシ
リカコロイド粒子を添加することにより、ケイ素化合物
であるSiO2の電解液中における独特の挙動により電気化
学的反応系である電解コンデンサ全体が安定化され、良
好なコンデンサ特性を与えるものと推定される。
[発明の効果] 本発明によれば、独特の添加物である粒径1nm〜1000n
mのシリカコロイド粒子を添加することにより、従来型
の火花電圧上昇剤と比較すると、電解コンデンサの比抵
抗の増加を抑制しつつ火花電圧を上昇させる最大の効果
を与える電解コンデンサ用電解液が提供される。
[実施例] 以下に実施例により本発明を更に詳細に説明するが、
本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
実施例1および2並びに比較例1 共通する組成として次の成分からなる電解コンデンサ
用電解液を用い、粒径1nm〜1000nmのシリカコロイド粒
子を所定濃度で添加し、常法により電解コンデンサを作
製した。
γ−ブチロラクトン 100重量部 エチレングリコール 20 フタル酸 15 トリエチルアミン 9 添加したシリカコロイド粒子の濃度、得られた電解コ
ンデンサの火花破壊電圧および電導度を次に示す。
実施例3および4並びに比較例2 共通する組成として次の成分からなる電解コンデンサ
用電解液を用い、粒径1nm〜1000nmのシリカコロイド粒
子を所定濃度で添加し、常法により電解コンデンサを作
製した。
γ−ブチロラクトン 100重量部 エチレングリコール 20 フタル酸テトラアンモニウム 24 添加したシリカコロイド粒子の濃度、得られた電解コ
ンデンサの火花破壊電圧および電導度を次に示す。
実施例5および比較例3 共通する組成として次の成分からなる電解コンデンサ
用電解液を用い、粒径1nm〜1000nmのシリカコロイド粒
子を所定濃度で添加し、常法により電解コンデンサを作
製した。
γ−ブチロラクトン 100重量部 エチレングリコール 10 マレイン酸 13 トリエチルアミン 11 添加したシリカコロイド粒子の濃度、得られた電解コ
ンデンサの火花破壊電圧および電導度を次に示す。
実施例6および比較例4 共通する組成として次の成分からなる電解コンデンサ
用電解液を用い、粒径1nm〜1000nmのシリカコロイド粒
子を所定濃度で添加し、常法により電解コンデンサを作
製した。
γ−ブチロラクトン 100重量部 エチレングリコール 10 マレイン酸テトラエチルアンモニウム 24 添加したシリカコロイド粒子の濃度、得られた電解コ
ンデンサの火花破壊電圧および電導度を次に示す。
比較例5 共通する組成として次の成分からなる電解コンデンサ
用電解液を用い、粒径1nm〜1000nmのシリカコロイド粒
子を所定濃度で添加し、常法により電解コンデンサを作
製した。
エチレングリコール 100重量部 H2O 5 安息香酸アンモニウム 15 添加したシリカコロイド粒子の濃度、得られた電解コ
ンデンサの火花破壊電圧および電導度を次に示す。
比較例6 共通する組成として次の成分からなる電解コンデンサ
用電解液を用い、粒径1nm〜1000nmのシリカコロイド粒
子を所定濃度で添加し、常法により電解コンデンサを作
製した。
エチレングリコール 100重量部 H2O 5 セバシン酸アンモニウム 15 添加したシリカコロイド粒子の濃度、得られた電解コ
ンデンサの火花破壊電圧および電導度を次に示す。
実施例9〜11並びに比較例7 共通する成分としてエチレングリコール、セバシン酸
アンモニウム並びにH2Oからなる電解コンデンサ用電解
液を用い、粒径1nm〜1000nmのシリカコロイド粒子を所
定濃度で添加し、常法により電解コンデンサを作製し
た。電解液組成を以下に重量%で示す。
添加したシリカコロイド粒子の濃度、得られた電解コ
ンデンサの30℃における比抵抗および105℃における火
花発生電圧を次に示す。なお、25℃における電解液のpH
は全て6.8であった。
定格電圧450wV、容量14μFの電解コンデンサ素子
に、実施例9〜11並びに比較例7の電解液を含浸し、化
成処理を行った時の破損発生率、および105℃で1000時
間後の負荷試験結果を次に示す。
破損発生率 破損発生率 実施例9 0/10= 0% 実施例10 0/10= 0% 実施例11 0/10= 0% 比較例7 10/10=100% 比較例7(ガス発生により全数封口部の破損) 以上の結果から、本発明による電解コンデンサ用電解
液は、電導性および化成電圧を損うことなく製品の漏れ
電流を著しく低減させ、耐電圧の向上を図るものである
ことが分る。
また、本発明による添加物の使用により、電解液の電
導性を損うことなく火花電圧を40〜60ボルト向上させる
ことができ、電解液の化成性を高めることができるため
誘電体酸化皮膜を再生する目的でホウ酸を添加する必要
がなくなり、安定した寿命特性を維持できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐原 将彦 東京都青梅市東青梅1丁目167番地の1 日本ケミコン株式会社内 合議体 審判長 張谷 雅人 審判官 岡 和久 審判官 浅野 清 (56)参考文献 特開 昭53−856(JP,A) 特開 平4−12512(JP,A) 特開 昭63−213918(JP,A) 特開 昭63−261824(JP,A) 特開 昭63−261823(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】弁作用金属の陽極酸化皮膜を誘電体とし、
    電解液を介して陰極を取り出す電解コンデンサに使用す
    る電解コンデンサ駆動用電解液において、γ−ブチロラ
    クトンを主溶媒とする電解液組成物中に粒径1nm〜1000n
    mのシリカコロイド粒子を0.5〜10重量部添加してなるこ
    とを特徴とする電解コンデンサ用電解液。
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