JP3990804B2 - 電解コンデンサの駆動用電解液 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解コンデンサの駆動用電解液(以下、電解液と称す)の改良に関するものであり、特に耐電圧を改善した電解液に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エチレングリコールを主成分とする溶媒に高級二塩基酸またはそのアンモニウム塩、及びホウ酸またはホウ酸アンモニウムを溶解した電解コンデンサ用電解液はホウ酸が弱酸性でアルミニウム酸化皮膜に対して安定であるため耐電圧を維持できる。また、マンニトール、ソルビトール等の炭素数６程度の多価アルコール類を添加すると、ホウ酸とエステル化合物を形成し耐電圧が向上する。さらに合成高分子であるポリビニルアルコールを添加すると、電解液の耐電圧を一層向上させることが可能であるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
炭素数が６程度のマンニトール、ソルビトール等は添加量を増加させても電解液の耐電圧の向上が緩慢で、多量に添加しなければ耐電圧の向上が図れず、比抵抗の顕著な上昇を伴う。ポリビニルアルコールは少量の添加で電解液の耐電圧向上が図れるが、エチレングリコールを主成分とする溶媒に対して溶解性が著しく低いため、その添加量が制限され、その他の成分の溶解量も限られたものとなり、長時間の加熱、及び撹拌を必要とする。また、長時間、加熱撹拌すると、高級二塩基酸はアルコール類とのエステル化が進み、カルボン酸の性質が失われ、解離しにくくなるが、特にアルコール類の分子量が大きいほどその傾向が大きいため、ポリビニルアルコールの添加により電解液の比抵抗が更に上昇することになる。
【０００４】
本発明は上記の欠点を改善し、電解液の比抵抗の上昇を抑制しつつ、耐電圧の上昇を図ることができ、かつ、溶解性の向上も可能な電解コンデンサ用電解液を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するために各種検討した結果見い出されたものである。本発明者はポリビニルピリジンが電解液中のイオンの移動を妨げず、ポリビニルアルコールに比べエチレングリコールに対する溶解性が高いことに着目し、その特性を駆動用電解液に適用させることにより課題の解決を図った。
【０００６】
すなわち、エチレングリコールを主成分とする溶媒に高級二塩基酸またはそのアンモニウム塩、及びホウ酸またはそのアンモニウム塩を溶解し、〔化１〕に示されるポリビニルピリジンを０．１０〜１０．０ｗｔ．％溶解することで、溶解性の低下を起こさずに、比抵抗を上昇させることなく耐電圧の向上をもたらす電解コンデンサの駆動用電解液を提供するものである。
【０００７】
【化２】

【０００８】
【発明の実施の形態】
マンニトールが電解液中で高級二塩基酸、ホウ酸、リン酸と反応して形成される錯体はイオンの移動を妨げ電解液の比抵抗上昇を招く。ポリビニルアルコールが高級二塩基酸、ホウ酸、あるいはリン酸とのエステル化反応によって得られる生成物は３次元網目構造を形成しているためイオンの移動を妨げず、電解液の比抵抗を維持できる特性を持つが、エチレングリコールを主成分とする溶媒に対する溶解性が著しく低いため、ごく少量しか添加できず、少量でも完全に溶解するには高温で長時間の攪拌が必要である。また、完全に溶解してもエチレングリコールに対する溶解性が小さく、電解液中で高分子鎖が収縮した形で存在するため、耐電圧に対しての高分子の効果が十分でない。
【０００９】
ところがポリビニルピリジンには〔化２〕のような３種類の構造があり、分子内のピリジンは電子供与体であるため、電子受容体である酸の存在下ではエチレングリコールに対し十分溶解し、イオンの移動を妨げることがないことから、電解液の比抵抗上昇を伴わずに耐電圧を向上させることが可能である。また、電解液中において高分子鎖が伸張した形で存在するため、高分子の持つ耐電圧向上の効果が十分に現れ、更に、ポリビニルアルコールと違いエステル化反応を起こさず、初期における電解液特性を長期にわたって維持することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、実施例の具体的内容について説明する。溶媒には、エチレングリコールを用い、溶質には高級二塩基酸として１−メチルアゼライン酸またはそのアンモニウム塩を用いた。添加剤としてはホウ酸、マンニトール、オルトリン酸を用い、そして耐電圧向上を目的としてポリビニルピリジン、ポリビニルアルコールを添加した。ここで、ポリビニルピリジンは、ポリ−２−ビニルピリジンを用いたｐＨ調整剤としては、アンモニア水を用いた。表１に実施例の組成を示した。但し、比抵抗は３０℃、火花発生電圧は８５℃において測定した。
【００１１】
従来例、比較例１、比較例２に示すように、マンニトールの添加により火花電圧は上昇するが、火花電圧４１０Ｖのときには比抵抗が６７０Ω・ｃｍ、火花電圧４２５Ｖのときは比抵抗が７１０Ω・ｃｍまで上昇する。
次にポリビニルアルコール０．１〜５．０ｗｔ．％の添加についての検討結果を、比較例３〜５に示す。火花電圧４１０Ｖに到達するには比抵抗の上昇は６１５Ω・ｃｍに抑えられるが、火花電圧の向上を目的として添加量を５．０ｗｔ．％に増加させると完全に溶解することができなかった。
【００１２】
そこで、実施例１〜４に示すようにポリビニルピリジンを添加すると、実施例３の場合、５．０ｗｔ．％で、比抵抗は６１５Ω・ｃｍに抑えられた状態で、火花電圧が４２０Ｖまで上昇した。更に、実施例４の場合１０．０ｗｔ．％添加しても完全に溶解可能で、火花電圧は４４０Ｖまで上昇させることができた。
尚、このときポリビニルピリジンの添加量が ０．１ｗｔ．％未満では耐電圧向上の効果がなく、１０．０ｗｔ．％を超える場合では完全に溶解することができないため不適である。
また、上記実施例では、ポリビニルピリジンとして、ポリ−２−ビニルピリジンを用いたが、ポリ−３−ビニルピリジン、ポリ−４−ビニルピリジンでも同様の効果が得られた。
【００１３】
【表１】

【００１４】
【発明の効果】
上述の通り、ポリビニルピリジンはエチレングリコールを主体とした電解液に容易に溶解させることが可能であり、比抵抗を上昇させずに耐電圧の改善を図ることができる。

Claims (1)

1. エチレングリコールを主成分とする溶媒に、高級二塩基酸またはそのアンモニウム塩、及びホウ酸またはそのアンモニウム塩を溶解し、〔化１〕で示されるポリビニルピリジンを０．１０〜１０．０ｗｔ．％溶解してなることを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。