JP3216278B2 - 電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ - Google Patents

電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ

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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
解液およびそれを用いた電解コンデンサに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来の電解コンデンサ駆動用電解液とし
ては、エチレングリコール等の有機溶媒にアジピン酸や
ほう酸の塩等を溶解したものがある。この電解液は通
常、高温での特性安定化を図るために、リン酸等を添加
して用いている。しかしながら、近年の電解コンデンサ
の低損失化や安全化要望に対応した電解コンデンサを提
供するにはこれらの電解液では十分ではなく、高電導度
化や難燃化が必要となってきている。この高電導度化や
難燃化技術としては、電解液に水を添加する方法があ
り、一般に用いられている。
【0003】しかし、この水を添加してなる電解液を用
いた電解コンデンサは、電解液中に含まれる水分と電極
箔との水和反応により静電容量が経時的に大きく減少す
るため、近年のコンデンサの高信頼性、長寿命化という
要望を十分満足できないという問題点があった。
【0004】この静電容量の減少を防止するために、特
開平3−257811号公報にはシランカップリング剤
を含有する電解液が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このシ
ランカップリング剤の添加剤を単独で用いた場合の実質
的な作用は、酸化皮膜の薄い陰極箔表面の水和反応を抑
制して静電容量の減少を抑制するものであるため、酸化
皮膜の厚い陽極箔への保護効果は少なく、高温中で長期
間放置した場合における漏れ電流の増大は抑制できない
という問題点があった。
【0006】本発明は上記問題点を解決するもので、低
圧から高圧までの広い範囲の使用電圧において高温中に
おける電解コンデンサの静電容量変化および漏れ電流変
化を改善することができる電解コンデンサ駆動用電解液
を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電解コンデンサ駆動用電解液は、溶媒と溶質
からなり、かつ5%以上の水を加えた電解液に、チタネ
ート系カップリング剤を添加したものである。
【0008】
【作用】上記構成の電解コンデンサ駆動用電解液によれ
ば、電極箔表面にチタネート系カップリング剤が吸着し
て保護皮膜が均一に形成されるため、陽極箔および陰極
箔の水和反応等が抑制されて、高温中における電解コン
デンサの静電容量変化および漏れ電流変化を改善するこ
とができるものである。特に本発明のチタネート系カッ
プリング剤は、従来のシランカップリング剤と比較して
電極箔への吸着力が強く、保護皮膜が非常に均一に形成
されることから、陰極箔はもちろんのこと、保護皮膜の
不均一さが漏れ電流の増大となって顕著に現れる陽極箔
にも十分な保護効果があり、低圧から高圧までの広い使
用電圧の範囲でも、静電容量変化および漏れ電流変化を
極めて少なく抑える効果を得ることができるものであ
る。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0010】本発明で使用できる溶媒としては、例えば
アルコール類{1価アルコール(メチルアルコール、エ
チルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコー
ル、ジアセトンアルコール、ベンジルアルコール、アミ
ノアルコール等);2価アルコール(エチレングリコー
ル、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ヘ
キシレングリコール等);3価アルコール(グリセリン
等);ヘキシトール等}、エーテル類{モノエーテル
(エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレング
リコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモ
ノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエ
ーテル、エチレングリコールフェニルエーテル等);ジ
エーテル(エチレングリコールジメチルエーテル、ジエ
チレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコ
ールジエチルエーテル等)}、アミド類{ホルムアミド
類(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
ルムアミド等);アセトアミド類(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等);プロピ
オンアミド類(N,N−ジメチルプロピオンアミド
等);ヘキサメチルホスホリルアミド等}、オキサゾリ
ジノン類(N−メチル−2−オキサゾリジノン、3,5
−ジメチル−2−オキサゾリジノン等)、ラクトン類
(γ−ブチロラクトン、α−アセチル−γ−ブチロラク
トン、β−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−
バレロラクトン等)、ニトリル類(アセトニトリル、ア
クリロニトリル等)、ジメチルスルホキシド、スルホラ
ン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メ
チルピロリドン、芳香族溶剤(トルエン、キシレン
等)、パラフィン系溶剤(ノルマルパラフィン、イソパ
ラフィン等)等が挙げられ、これらの溶媒は単独、ある
いは複数の組み合わせで使用できる。これらのうちで好
ましいのはエチレングリコールとγ−ブチロラクトンを
主体とする溶媒である。
【0011】またこのような溶媒に溶解する溶質として
は、無機酸あるいは有機酸またはそれらの塩が使用で
き、例えば、ホウ酸、硝酸、アゼライン酸、アジピン
酸、コハク酸、安息香酸、セバチン酸、サリチル酸、フ
タル酸、マレイン酸、グルタル酸、デカンジカルボン
酸、ブチルオクタン二酸またはその塩の中の1種もしく
は2種以上が主たる溶質として挙げられる。そしてこれ
らの塩としては、アンモニウム塩、アミン塩、四級アン
モニウム塩等が使用でき、例えばアミン塩としては、メ
チルアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、ジエチル
アミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジメチ
ルエチルアミン等、四級アンモニウム塩としては、テト
ラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、メ
チルトリエチルアンモニウム、エチルトリメチルアンモ
ニウム、ジメチルジエチルアンモニウム等が挙げられ
る。
【0012】チタネート系カップリング剤としては、例
えば、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、
イソプロピルトリオクタノイルチタネート、テトラオク
チルビス(ジトリデシルホスファイト)チタネート、テ
トライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタ
ネート、イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフ
ェート)チタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェ
ート)オキシアセテートチタネート、ビス(ジオクチル
パイロホスフェート)エチレンチタネート、イソプロピ
ルトリ(ジオクチルホスフェート)チタネート、イソプ
ロピルトリ(N−アミノエチル−アミノエチル)チタネ
ート、テトラ(2,2−ジアリルオキシメチル−1−ブ
チル)ビス(ジトリデシル)ホスファイトチタネート、
イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネー
ト、イソプロピルトリデシルベンゼンスルホニルチタネ
ート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート等が
挙げられるが、好ましくはイソプロピルトリ(N−アミ
ノエチル−アミノエチル)チタネートである。
【0013】また、特性安定化を図るために種々の添加
剤を添加した電解液においても、本発明は効果があり、
その添加剤としては例えば、リン酸、リン酸エステル、
ニトロ化合物等が挙げられる。リン酸としては、例え
ば、正リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、ボリリン酸等が
挙げられるが、好ましくは正リン酸である。リン酸エス
テルとしてはモノメチルリン酸エステル、ジメチルリン
酸エステル、モノエチルリン酸エステル、ジエチルリン
酸エステル、モノプロピルリン酸エステル、ジプロピル
リン酸エステル、モノブチルリン酸エステル、ジブチル
リン酸エステル、トリブチルリン酸エステル、ポリリン
酸ブチルエステル等が挙げられるが、好ましくはモノブ
チルリン酸エステル、ジブチルリン酸エステル、トリブ
チルリン酸エステル、ポリリン酸ブチルエステルであ
る。ニトロ化合物としては例えば、ニトロフェノール、
ニトロ安息香酸等が挙げられる。
【0014】(表1)は本発明の実施例および従来の電
解液の組成例を示したものである。
【0015】
【表1】
【0016】図1(a)(b)(c),図2(a)
(b)(c)は、(表1)の従来例1,2,3、実施例
1,2,3で示したそれぞれの組成の電解コンデンサ駆
動用電解液を調製し、これらの電解液を図5に示すコン
デンサ素子に含浸させて、定格電圧25V、公称静電容
量100μFのアルミ電解コンデンサを作成し、95℃
中で2000時間、高温負荷試験および高温無負荷試験
を行ったときの静電容量変化率(120Hz)、tanδ
(120Hz)および漏れ電流の変化を示したものであ
る。なお、図5に示すコンデンサ素子はアルミニウムよ
りなる陽極電極としての陽極箔1と同じくアルミニウム
よりなる陰極電極としての陰極箔2とを、その間にセパ
レータ3を介在させて対向するように巻取ることにより
構成している。また、このコンデンサ素子における陽極
箔1および陰極箔2のそれぞれには引き出しリード4が
接続されている。
【0017】この図1,図2から明らかなように、本発
明の実施例1,2,3は従来例1,2,3に比べ、静電
容量変化が小さくなっており、また高温負荷時の漏れ電
流変化は同じ程度、高温無負荷時の漏れ電流変化は小さ
くなっている。
【0018】図3(a)(b)(c),図4(a)
(b)(c)は、(表1)の従来例4,5,6、実施例
4,5で示したそれぞれの組成の電解コンデンサ駆動用
電解液を調製し、これらの電解液を図5に示すコンデン
サ素子に含浸させて、定格電圧400V、公称静電容量
100μFのアルミ電解コンデンサを作成し、105℃
中で2000時間、高温負荷試験および高温無負荷試験
を行ったときの静電容量変化率(120Hz)、tanδ
(120Hz)および漏れ電流の変化を示したものであ
る。
【0019】この図3,図4から明らかなように、本発
明の実施例4,5は従来例4,5,6に比べ、静電容量
変化が小さくなっており、また高温負荷時の漏れ電流変
化は同じ程度、高温無負荷時の漏れ電流変化は小さくな
っている。
【0020】したがって、本発明の各実施例は各従来例
と比較して、高温中における電解コンデンサの特性変化
を改善することができるもので、特に静電容量変化およ
び漏れ電流変化の双方の改善効果は大きく、信頼性の高
い電解コンデンサを得ることができる。
【0021】なお、チタネート系カップリング剤の添加
量は、電解液重量に対して0.001〜10重量%が好
ましい。これは、0.001重量%以上でないと効果が
少なく、一方10重量%を越えると電極箔表面への吸着
量が多くなり過ぎて電解液が浸透しにくくなり、電解液
の皮膜修復作用が十分に働かなくなるからである。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明の電解コンデンサ駆
動用電解液は、溶媒と溶質からなり、かつ5%以上の水
を加えた電解液にチタネート系カップリング剤を添加し
ているため、電極箔表面にチタネート系カップリング
吸着して保護皮膜が均一に形成されることになり、そ
の結果、陽極箔および陰極箔の水和反応等が抑制される
ため、高温中における電解コンデンサの静電容量変化お
よび漏れ電流変化を改善することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明の実施例1,2,3および従来例
1,2,3におけるそれぞれの電解液を使用して作成し
た定格電圧25V、公称静電容量100μFのアルミ電
解コンデンサの95℃高温負荷試験における静電容量変
化率(120Hz)を示す特性図 (b)本発明の実施例1,2,3および従来例1,2,
3におけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電
圧25V、公称静電容量100μFのアルミ電解コンデ
ンサの95℃高温負荷試験におけるtanδ(120H
z)の変化を示す特性図 (c)本発明の実施例1,2,3および従来例1,2,
3におけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電
圧25V、公称静電容量100μFのアルミ電解コンデ
ンサの95℃高温負荷試験における漏れ電流の変化を示
す特性図
【図2】(a)本発明の実施例1,2,3および従来例
1,2,3におけるそれぞれの電解液を使用して作成し
た定格電圧25V、公称静電容量100μFのアルミ電
解コンデンサの95℃高温無負荷試験における静電容量
変化率(120Hz)を示す特性図 (b)本発明の実施例1,2,3および従来例1,2,
3におけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電
圧25V、公称静電容量100μFのアルミ電解コンデ
ンサの95℃高温無負荷試験におけるtanδ(120
Hz)の変化を示す特性図 (c)本発明の実施例1,2,3および従来例1,2,
3におけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電
圧25V、公称静電容量100μFのアルミ電解コンデ
ンサの95℃高温無負荷試験における漏れ電流の変化を
示す特性図
【図3】(a)本発明の実施例4,5および従来例4,
5,6におけるそれぞれの電解液を使用して作成した定
格電圧400V、公称静電容量100μFのアルミ電解
コンデンサの105℃高温負荷試験における静電容量変
化率(120Hz)を示す特性図 (b)本発明の実施例4,5および従来例4,5,6に
おけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電圧4
00V、公称静電容量100μFのアルミ電解コンデン
サの105℃高温負荷試験におけるtanδ(120H
z)の変化を示す特性図 (c)本発明の実施例4,5および従来例4,5,6に
おけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電圧4
00V、公称静電容量100μFのアルミ電解コンデン
サの105℃高温負荷試験における漏れ電流の変化を示
す特性図
【図4】(a)本発明の実施例4,5および従来例4,
5,6におけるそれぞれの電解液を使用して作成した定
格電圧400V、公称静電容量100μFのアルミ電解
コンデンサの105℃高温無負荷試験における静電容量
変化率(120Hz)を示す特性図 (b)本発明の実施例4,5および従来例4,5,6に
おけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電圧4
00V、公称静電容量100μFのアルミ電解コンデン
サの105℃高温無負荷試験におけるtanδ(120
Hz)の変化を示す特性図 (c)本発明の実施例4,5および従来例4,5,6に
おけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電圧4
00V、公称静電容量100μFのアルミ電解コンデン
サの105℃高温無負荷試験における漏れ電流の変化を
示す特性図
【図5】本発明の実施例において使用したコンデンサ素
子の概略図
【符号の説明】
1 陽極箔 2 陰極箔 3 セパレータ 4 引き出しリード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 9/02 - 9/02 331

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶媒と溶質からなり、かつ5%以上の水
    を加えた電解液にチタネート系カップリング剤を添加し
    た電解コンデンサ駆動用電解液。
  2. 【請求項2】 チタネート系カップリング剤の添加量が
    0.001〜10重量%未満である請求項1記載の電解
    コンデンサ駆動用電解液。
  3. 【請求項3】 チタネート系カップリング剤が、イソプ
    ロピルトリ(N−アミノエチル−アミノエチル)チタネ
    ートまたはビス(ジオクチルパイロホスフェート)オキ
    シアセテートチタネートである請求項2記載の電解コン
    デンサ駆動用電解液。
  4. 【請求項4】 陽極電極と陰極電極とをその間にセパレ
    ータを介在させて対向させることによってコンデンサ素
    子を構成し、このコンデンサ素子に溶媒と溶質からな
    り、かつ5%以上の水を加えた電解液にチタネート系カ
    ップリング剤を添加してなる駆動用電解液を含浸させた
    電解コンデンサ。
  5. 【請求項5】 チタネート系カップリング剤が、イソプ
    ロピルトリ(N−アミノエチル−アミノエチル)チタネ
    ートまたはビス(ジオクチルパイロホスフェート)オキ
    シアセテートチタネートである請求項4記載の電解コン
    デンサ。
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