JP3283927B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電解コンデンサ用電解
液(以下電解液という)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より電解液には、エチレングリコ−
ルを主体とした溶媒に、ホウ酸および二塩基性有機酸あ
るいはその塩、さらにマンニト−ルを主な溶質とした電
解液が多用されていた。また、リン酸あるいはその塩
が、電解コンデンサの未化成部や主に陽極化成皮膜の損
傷部の修復が効果的に行われるように添加されている。
大型電解コンデンサ用素子の電極部からのリ−ド引き出
し部分(以下リ−ドタブという)は表面積の拡大処理の
されていない高純度アルミニウムが使用されており、リ
−ドタブの切り口部については陽極部であっても電極部
の切り口部と同様に、化成処理を施していないのが一般
的であった。これらの未化成部分およびコンデンサ素子
を形成する際に生じる化成皮膜の損傷部分は、通常エ−
ジングと称される工程において、電解液の化成性により
修復される。また、電解コンデンサとしての長期にわた
る信頼性に関しても電解液は重要な役割を担っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、エ−ジング工
程における切り口部分を中心とした化成処理と、実使用
時における修復処理とでは挙動が異なっている。即ち、
切り口部分を中心とした化成処理においては、リン酸の
濃度の低いほうがエ−ジングに要する時間が短く効率的
であるのに対し、高温度において無負荷状態が長期的に
続くと漏れ電流が大きくなってしまうという欠点を有す
る。一方、リン酸の濃度が高いと、無負荷状態での漏れ
電流を低減できる点では有利である反面、エ−ジングに
要する時間が長くなり、現実的でない。かかる問題点を
鑑み、本発明が解決しようとする課題は、エ−ジング工
程も短時間で処理でき、かつ実使用においても漏れ電流
の小さな電解コンデンサを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者はこれらの問題
について鋭意検討を重ねた結果、少量のリン酸ととも
に、フィチン酸のエチレングリコ−ルエステルを添加す
ることで、エ−ジング工程を長くすることなく、信頼性
にも優れた電解コンデンサを提供できることを見い出し
た。すなわち、エチレングリコ−ルを主成分とする溶媒
に、ほう酸および二塩基性有機酸あるいはその塩を主溶
質とし、さらにマンニト−ルを溶質とする電解コンデン
サ用電解液において、フィチン酸のエチレングリコ−ル
エステルとリン酸の二種類を添加することを特徴とする
電解コンデンサ用電解液である。
【0005】
【作用】エ−ジング工程における修復部は、主に陽極の
切り口部とリ−ドタブの切り口部であり、表面拡大率は
1である。従って陽極表面の表面拡大率と比較すると数
十分の1であり、少量のリン酸でこの部分の修復が可能
である。一方、実使用時の損傷部は陰極を含めて主には
陽極の電極表面部であり、高温時の熱ストレスによって
引き起こされるものである。特に、エチレングリコ−ル
やホウ酸のアンモニウム塩を含む電解液にはエステル化
反応によるエステル化水が生じるため、この水分が電極
表面部の化成皮膜を損傷するものである。なお、一般的
には陰極部は化成処理を施さないで使用するが、陰極部
においても水和反応を誘発する。ここでの損傷を低減す
るのにリン酸は重要な役割を担っているが、予め電極表
面の修復に必要な量のリン酸を電解液にふくませると、
前述のエ−ジング工程での不具合が生じる。従って本発
明における特徴は、エ−ジング工程で消費するリン酸と
実使用において熱ストレスがかけられた場合に消費する
リン酸とを区別して予め電解液に配合している事を特徴
とする。即ち、本発明においては、エ−ジング工程で消
費するリン酸は始めからリン酸として配合し、実使用時
に消費されるべきリン酸は、フィチン酸のエチレングリ
コ−ルエステルとして予め配合しておくことを特徴とす
る。フィチン酸のエチレングリコ−ルエステルは、熱ス
トレスが加わった際に、主にホウ酸とエチレングリコ−
ルとのエステル化生成水により誘発される加水分解によ
り、フィチン酸とエチレングリコ−ルに分解されるが、
フィチン酸は熱ストレスによりさらに分解されてリン酸
イオンを遊離させる。この遊離リン酸が実使用時に消費
されるべきリン酸として作用するが、遊離の状態を安定
化させるのにマンニト−ルが効果的に作用しているもの
と推察されている。
【0006】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例について説明す
る。エチレングリコ−ルを主溶媒として用いるが、たと
えば低温特性の改善を目的として、1,3−ブタンジオ
−ルや1−プロパノ−ルのアルコ−ル類を副溶媒として
用いても良い。溶質にはホウ酸や二塩基性有機酸等の酸
あるいはその塩、特にアンモニウム塩を用いるが、一塩
基性の有機酸あるいはその塩であっても良い。本実施例
においてはホウ酸アンモニウムと7−ビニル−9−ヘキ
サデセン−1,16−ジカルボン酸アンモニウムとを用
いた。さらに安定化剤としてマンニト−ルを用い、添加
剤としてリン酸二水素一アンモニウムとフィチン酸のエ
チレングリコ−ルエステルの量を検討した。電解液の調
合は、フィチン酸のエチレングリコ−ルエステルを除い
て120℃〜140℃で調整後、液の温度を105℃以
下に冷却し、最後にフィチン酸のエチレングリコ−ルエ
ステルを加えて行った。尚、本実施例における電解液の
組成は、ホウ酸アンモニウムを15wt%、7−ビニル
−9−ヘキサデセン−1,16−ジカルボン酸アンモニ
ウムおよびマンニト−ルをそれぞれ5wt%とし、さら
にリン酸二水素一アンモニウムおよびフィチン酸のエチ
レングリコ−ルエステルと、エチレングリコ−ルとをあ
わせて100wt%とした。このようにして調整された
電解液を定格400V,220μF用のアルミ電解コン
デンサ素子に含浸した後、電極引き出し部をコンデンサ
端子に接続し、ひき続いてケ−スに封入して電解コンデ
ンサとした。こうして形成された電解コンデンサは、エ
−ジング工程を経てはじめてコンデンサとしての機能を
発揮することができるが、エ−ジングは一定温度、一定
電流密度の基に430V設定で行った。表1は、本発明
の電解液と従来の電解液を用いて試作した、定格400
V 220μFの電解コンデンサ用の電解液組成と、エ
−ジングにおいて設定電圧まで到達するのに要した時間
および初期の漏れ電流値を示した。表2は、105℃に
おける定格電圧負荷試験および無負荷試験における漏れ
電流を示した。なお漏れ電流の測定は、試料を温度25
℃の雰囲気中に24時間放置後、電圧400V.DCを
印加し、5分後の値を測定した。
【0007】
【表1】
【0008】
【表2】
【0009】表1より明かなように、エ−ジングにおけ
る設定電圧までの到達時間は、リン酸二水素一アンモニ
ウムの添加量が、リン酸イオンとして0wt%か若しく
は0.5wt%を超えると極端に悪化する。尚、表1中
において、リン酸二水素一アンモニウムをAPM、フィ
チン酸のエチレングリコ−ルエステルをPAEと記し
た。但し、リン酸二水素一アンモニウムについては、リ
ン酸イオンとしてのwt%で記している。また表2より
明かなように、エ−ジング後の初期の漏れ電流値は、リ
ン酸二水素一アンモニウムの添加量0wt%の条件を除
き、いずれの電解液組成においても問題の無い範囲にあ
るが、無負荷ライフにおいて差が生じており、リン酸二
水素一アンモニウム1.0wt%の組成とフィチン酸の
エチレングリコ−ルエステルを添加した組成の電解液以
外は漏れ電流が増加していく傾向が見られる。以上の結
果から、リン酸二水素一アンモニウムの添加量はエ−ジ
ングにおける必要時間に大きな影響をあたえており、多
すぎると耐電圧の低下を引き起こすものと推定される。
また同時に、リン酸二水素一アンモニウムの添加量0.
5wt%以下の場合には、無負荷ライフにおいて電極の
修復力が充分でなく、信頼性に欠ける。この無負荷ライ
フにおける信頼性を向上させているのがフィチン酸のエ
チレングリコ−ルエステルであり、0.01wt%〜
1.0wt%の範囲においてその効果が顕著である。た
だし、フィチン酸のエチレングリコ−ルエステルの添加
量が1.0wt%を超えると、電解液に濁りが生じるた
め、本実施例からは除外した。
【0010】
【発明の効果】以上のように、リン酸二水素一アンモニ
ウムとフィチン酸のエチレングリコ−ルエステルとを添
加することにより、エ−ジング時間の短縮とライフにお
ける信頼性、特に漏れ電流を低減することができ、工業
的ならびに実用的価値大なるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−121253(JP,A) 特開 平4−73921(JP,A) 特開 平3−242915(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 9/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エチレングリコ−ルを主成分とする溶媒
    に、ほう酸および二塩基性有機酸あるいはその塩を主溶
    質とし、さらにマンニト−ルを溶質とする電解コンデン
    サ用電解液において、フィチン酸のエチレングリコ−ル
    エステルとリン酸の二種類を添加することを特徴とする
    電解コンデンサ用電解液。
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