JP4090907B2 - 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、特に高温下での製品信頼性を向上させた電解液に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、中高圧用アルミニウム電解コンデンサの電解液はエチレングリコール等の溶媒にカルボン酸またはそのアンモニウム塩、ホウ酸またはそのアンモニウム塩、およびマンニトール等の多価アルコール類を溶解していた。カルボン酸、ホウ酸と多価アルコール類はエステル化合物を形成し、その構造的な特性により電解液の耐電圧が向上するとされている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−４８４５９号公報（第１−４頁）
【特許文献２】
特公平７−４８４６０号公報（第１−３頁）
【特許文献３】
特公平７−６３０４７号公報（第１−４頁）
【０００４】
しかしながら、このエステル化合物は電解コンデンサ内部の発熱や雰囲気温度等により、アミド類を生成し、このアミド類がコンデンサ素子内部や電解液に残存する酸素および陽極で発生する酸素ガスによって、ラジカル連鎖熱酸化反応を起こし、そのアミド類の酸化反応によって発生する生成物が電解液の比抵抗上昇を招くという問題があった。また、カルボン酸も酸素ラジカルが開始剤となって重縮合反応を起こし、電解液の比抵抗上昇を招くという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の問題に対して、ラジカル連鎖熱反応を抑制できる化合物としてプロトカテキュ酸がまず挙げられる。しかし、プロトカテキュ酸を多量に溶解した電解液を高温放置して比抵抗変化を調べると、比抵抗上昇の抑制が予期したほど十分ではなく、もっと少量で比抵抗上昇を抑制できるものが求められていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため各種検討した結果、見出されたものであり、３個のＣ＝Ｏ結合を有し、酸素のラジカル性を消失させる、５−ウレイドヒダントインを溶解することで、電解コンデンサ内におけるアミド類の酸化反応、カルボン酸の重縮合反応を長時間抑制しようとするものである。
すなわち本発明は、エチレングリコールを主溶媒とし、カルボン酸またはその塩と、５−ウレイドヒダントイン（化２）とを溶解することを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液である。
【０００７】
【化２】

【０００８】
そして、上記５−ウレイドヒダントインの溶解量が、０．１〜５．０ｗｔ％であることを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液である。
【０００９】
本発明で使用するカルボン酸として、ギ酸、酢酸、ラウリン酸、ステアリン酸、デカン酸、安息香酸、サリチル酸、マレイン酸、フタル酸、フマル酸、コハク酸、グルタル酸、アゼライン酸、セバシン酸、２−メチルアゼライン酸、１，６−デカンジカルボン酸、５，６−デカンジカルボン酸、７−ビニルヘキサデセン−１，１６−ジカルボン酸等を例示することができる。
【００１０】
また、カルボン酸の塩としては、アンモニウム塩の他、メチルアミン、エチルアミン、ｔ−ブチルアミン等の一級アミン塩、ジメチルアミン、エチルメチルアミン、ジエチルアミン等の二級アミン塩、トリメチルアミン、ジエチルメチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエチルアミン等の三級アミン塩、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、テトラエチルアンモニウム等の四級アンモニウム塩、イミダゾリニウム塩等を例示することができる。
【００１１】
そして、エチレングリコールに混合する副溶媒としては、水の他、プロピレングリコール等のグリコール類、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のラクトン類、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、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、ヘキサメチルホスホリックアミド等のアミド類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、イソブチレンカーボネート等の炭酸類、アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルスルホキシド等のオキシド類、エーテル類、ケトン類、エステル類、スルホラン、スルホラン誘導体等を例示することができる。これらの溶媒は一種類だけでなく、二種類以上を混合して使用することもできる。
【００１２】
上記のカルボン酸とその塩、溶媒の他、漏れ電流の低減、耐電圧向上、ガス吸収等の目的で種々の添加剤を加えることができる。添加剤の例として、リン酸化合物、ホウ酸化合物、多価アルコール類、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールのランダム共重合体及びブロック共重合体に代表される高分子化合物、ニトロ化合物等を挙げることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の電解液に用いる５−ウレイドヒダントインは３個のＣ＝Ｏ結合を有する化合物であり、この３個のＣ＝Ｏ結合が電解コンデンサ内の残存酸素と優先的に反応して、酸素のラジカル性を消失させ、アミド類の酸化反応、カルボン酸の重縮合反応を抑制することができると考えられる。また、上記構造のため、電極箔との反応性が比較的低く、長期間にわたって酸化反応、重縮合反応を抑制することができ、製品の初期特性を長時間持続できる。さらに、カルボン酸が陽極箔へ過度に吸着することを抑制する作用もある。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。表１の組成で電解液を調合し、３０℃における電解液の比抵抗と８５℃における火花発生電圧（電解液の耐電圧）を測定し、表１の結果を得た。
【００１５】
【表１】

【００１６】
次に、表１に示す組成で電解液を調合した後、該電解液にコンデンサ素子を含浸し、直径１０．０ｍｍ、長さ１２．５ｍｍ、定格電圧３５０Ｖ、静電容量１０μＦのアルミニウム電解コンデンサを各２０個作製した。このうち１０個を１０５℃の恒温槽中で５０００時間定格電圧を印加後、静電容量とｔａｎδを測定し、表２の結果を得た。そして、残りの１０個を１１５℃の恒温槽中で５０００時間定格電圧を印加後、静電容量とｔａｎδを測定し、表３の結果を得た。
【００１７】
【表２】

【００１８】
【表３】

【００１９】
表２の結果より、５−ウレイドヒダントインを溶解した実施例は、従来例、比較例に比べて容量減少、ｔａｎδ上昇が抑えられていることが分かる。さらに、表３の結果より、５−ウレイドヒダントインを溶解した実施例は、従来例、比較例に比べて、１１５℃という高温下においても容量減少、ｔａｎδ上昇が抑制されていることが分かる。表１〜３の結果より、５−ウレイドヒダントインの溶解量が多いほど容量減少、ｔａｎδ上昇の抑制に効果があるが、５．０ｗｔ％を超えると電解液の耐電圧低下がみられる。また、０．１ｗｔ％未満では容量減少、ｔａｎδ上昇の抑制効果が十分ではない。よって、５−ウレイドヒダントインの溶解量は０．１〜５．０ｗｔ％の範囲が好ましい。
【００２０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、先に例示した各種溶質を単独または複数溶解した電解液や、上述した添加剤を加えた電解液、副溶媒を混合した電解液でも上記実施例と同等の効果があった。
【００２１】
【発明の効果】
上記のとおり、本発明に係る電解液では、５−ウレイドヒダントインを溶解した電解液を用いることで、高温での電解コンデンサの静電容量変化、ｔａｎδ上昇を抑制することができ、信頼性の向上を図ることができる。

Claims (2)

1. エチレングリコールを主溶媒とし、カルボン酸またはその塩と、５−ウレイドヒダントイン（化１）とを溶解することを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。
   

   
2. 請求項１記載の５−ウレイドヒダントインの溶解量が、０．１〜５．０ｗｔ％であることを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。