JP4119510B2

JP4119510B2 - Aluminum electrolytic capacitor

Info

Publication number: JP4119510B2
Application number: JP02473298A
Authority: JP
Inventors: 博之木下
Original assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Current assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Priority date: 1998-02-05
Filing date: 1998-02-05
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2018-02-05
Also published as: JPH11224830A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム電解コンデンサ用のタブ端子および陰極箔に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム電解コンデンサは、アルミニウム陽極箔とアルミニウム陰極箔とをセパレータ紙を介して巻回したコンデンサ素子に駆動用電解液（以下、電解液という）を含浸し、このコンデンサ素子をゴム封口体とともにアルミニウム製外装ケース内に挿入し、外装ケースが封止加工されることによって、密閉した構造を有する。
【０００３】
また、陽極箔および陰極箔のそれぞれには、引出端子としてのタブ端子が加締やコールドウェルド法などにより固着され、ゴム封口体の端子挿通孔を通じて外部に引出されている。
【０００４】
図１に示すように、タブ端子１にはアルミニウムの丸棒部２と同丸棒部２を偏平に加工した平坦部３と丸棒部２に溶接された引出線４とからなる。引出線４はＣＰ線（銅被覆鋼線）からなり、半田メッキや錫メッキが施されている。
【０００５】
タブ端子１の平坦部３は、陽極箔や陰極箔に固着され、丸棒部２はゴム封口体７の端子挿通孔と嵌合する。図２には、タブ端子を取り付けた陽極箔と陰極箔とをセパレータ紙を介して巻回したコンデンサ素子６を収納する金属（アルミニウム）ケース５と、この金属ケースの開口部を封口するゴム封口体７とに分解した分解図が示されている。
【０００６】
このコンデンサ素子に含浸されている電解液は、コンデンサの特性を向上させるために、高電導性のものや高温下での使用において安定性を有するものが用いられている。
【０００７】
例えば、γ−ブチロラクトンやエチレングリコールなどの溶媒中にｏ−フタル酸やマレイン酸の第４級アンモニウム塩、またはイミダゾリニウム塩を溶質として溶解したものが電解液として使用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような電解液は、粘度も低く、活性であり、ゴム封口体とタブ端子の丸棒部との間の微小な間隙から漏液が発生し易いものであった。
【０００９】
また、アルミニウム電解コンデンサの陰極箔は高容量のコンデンサを得るためにエッチングによりその表面積を増大させている。一般にエッチングされたアルミニウム箔は、エッチングされていない表面に比べ活性であり、電解液中の塩により酸化されやすいため、未処理のタブ端子が接触すると、陰極箔とタブ端子の間で酸化還元反応による電荷の移動が起こり、タブ端子と陰極箔接合部周辺において電解液の分極が進行し、タブ端子表面でアルカリ性物質が発生する。このアルカリ性物質の生成反応はきわめて遅いが、一旦生成すると嵌合部においてゴムを侵し、電解液の漏洩を誘発する。
【００１０】
更に、電解コンデンサに通電したとき、陰極付近の電解液がリード丸棒部よりも電位が高い状態となり、これにより電解液の漏洩が加速的に進行する問題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、陰極タブ端子母材であるアルミニウムに０．０１重量％〜３．０重量％の範囲でリチウム、銅、亜鉛、ガリウムを１種以上添加した合金を用いることにより、リード丸棒部と電解液との反応性を高め、アルカリ性物質の生成反応を抑えようとするものである。更に陰極箔として、陰極箔表面に化成電圧０．０５Ｖ〜５．０Ｖの範囲で化成処理を施したもの、またはアルミニウム母材に０．０１重量％〜３．０重量％の範囲で銅を添加させたアルミニウム合金を用いることにより、陰極箔と電解液との反応性を低くすることができ、電荷の移動を抑制し、タブ端子周辺でのアルカリ性物質の生成を抑制することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
すなわち、平坦部、丸棒部および該丸棒部に溶接された引出線からなる陽極タブ端子と陰極タブ端子とを各々陽極箔と陰極箔とに接続しセパレータ紙を介して巻回してなるコンデンサ素子を、γ−ブチロラクトンに有機酸の４級アンモニウム塩または有機酸のイミダゾリニウム塩を溶解した駆動用電解液に含浸し、ケースに収容してなるアルミニウム電解コンデンサにおいて、該陰極タブ端子がアルミニウム母材に０．０１重量％〜３．０重量％の範囲でリチウム、銅、亜鉛、ガリウムを１種以上添加したアルミニウム合金からなり、また該陰極箔に化成処理を施すか、または銅を添加したアルミニウム合金から構成したことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサである。
【００１３】
そして、上記の陰極箔は、化成電圧０．０５Ｖ〜５．０Ｖで化成処理を施したアルミニウムエッチング箔であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサである。
【００１４】
また、上記の陰極箔は、アルミニウム母材に０．０１重量％〜３．０重量％の範囲で銅を添加したアルミニウム合金のエッチング箔であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
タブ端子のアルミニウム母材に０．０１重量％〜３．０重量％の範囲のリチウム、銅、亜鉛、ガリウムを１種以上添加した合金を用いることによってタブ端子の酸化性を高め、同時に陰極箔表面に０．０５Ｖ〜５．０Ｖの範囲で化成を行い酸化皮膜を形成したもの、または陰極箔のアルミニウム母材に０．０１重量％〜３．０重量％の範囲の銅を添加したアルミニウム合金を用いることによって陰極箔の酸化性を低くすることで、陰極箔とタブ端子表面との酸化性の違いによる電荷の移動を防ぎ、タブ端子表面におけるアルカリ性物質の生成を抑制する。
【００１６】
陰極タブ端子母材であるアルミニウムに０．０１重量％〜３．０重量％の範囲でリチウム、銅、亜鉛、ガリウムを１種以上添加することによって、陰極タブ端子自身の電位が下がり、陰極タブ端子と電解液との反応性は上がる。一方、陰極箔に化成電圧０．０５Ｖ〜５．０Ｖの範囲で化成処理を施すことにより、陰極箔表面を不活性な状態にし、陰極箔と電解液との反応性を低く抑えることができる。更に、陰極箔にアルミニウム母材に０．０１重量％〜３．０重量％の範囲で銅を添加したアルミニウム合金を用いることにより、陰極箔製造過程において、アルミニウム母材から一旦溶出した銅イオンが陰極箔表面を覆い、その結果陰極箔自身の電位は上がり、陰極箔と電解液との反応性が下がる。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１８】
（実施例）表１に示す組合せで、陰極タブ端子を陰極箔に固着し、通常タブ端子を陽極箔に固着するとともに、陽極箔と陰極箔とをセパレータ紙を介して巻回しコンデンサ素子とした。
【００１９】
これらのコンデンサ素子にγ−ブチロラクトン７５重量％、ｏ−フタル酸テトラメチルアンモニウム２５重量％からなる電解液を含浸した。
【００２０】
アルミニウム製外装ケース内にコンデンサ素子をブチルゴム封口体と共に挿入し、直径１０ｍｍ、長さ１２．５ｍｍ、定格電圧２５Ｖ、静電容量２２０μＦの電解コンデンサ１００個をそれぞれ試作した。
【００２１】
（比較例）陰極タブ端子として実施例のような合金ではなく通常製品に用いられているアルミニウム母材を用い、また陰極箔も通常製品に用いられるアルミニウムを使用し、実施例と同様に電解コンデンサを１００個試作した。
【００２２】
これらの電解コンデンサを温度８５℃、湿度８５％ＲＨの雰囲気中で２０００時間、定格電圧２５Ｖ印加試験を行った後、タブ端子とゴム封口体の端子挿通孔との間での電解液の漏液状態を顕微鏡による目視にて検査すると、表１のような結果となり、本実施例では、漏液が皆無であったのに対し、比較例では、漏液の発生が認められた。
【００２３】
【表１】

【００２４】
陰極タブ端子に添加する金属の添加量が０．０１重量％未満では漏液防止に効果がなく、３．０重量％を超えると陰極タブ端子の酸化性が高くなりすぎ、製品の漏れ電流等コンデンサ特性を悪化させる問題がある。また、陰極箔の酸化皮膜の耐圧が、０．０５Ｖ未満では漏液防止に効果がなく、５．０Ｖを超えると陰極箔の容量低下が大きくなり、問題がある。そして、陰極箔に添加する銅の添加量が、０．０１重量％未満では漏液防止に効果がなく、３．０重量％を超えると、銅の析出によるショート発生等コンデンサ特性が悪化し、問題がある。
【００２５】
以上、説明したように、本発明によるタブ端子はアルミニウム母材に０．０１重量％〜３．０重量％のリチウム、銅、亜鉛、ガリウムを１種以上添加したアルミニウム合金とすることで酸化性を高め、同時に陰極箔を化成するか、または陰極箔をアルミニウム母材に銅を添加したアルミニウム合金とすることにより陰極箔の酸化性を低下させ、陰極箔とタブ端子間の電荷の移動を抑制し、タブ表面における駆動用電解液のアルカリ化が抑制され、駆動用電解液の漏洩を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられるタブ端子の一例を示した側面図。
【図２】アルミニウム電解コンデンサを構成要素に分解して示した分解図。
【符号の説明】
１タブ端子
２丸棒部
３平坦部
４引出線
５金属ケース
６コンデンサ素子
７ゴム封口体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tab terminal and a cathode foil for an aluminum electrolytic capacitor.
[0002]
[Prior art]
An aluminum electrolytic capacitor is made by impregnating a capacitor element in which an aluminum anode foil and an aluminum cathode foil are wound through a separator paper with a driving electrolyte (hereinafter referred to as electrolyte), and the capacitor element is made of aluminum together with a rubber sealing body. It has a sealed structure when inserted into the outer case and the outer case is sealed.
[0003]
Further, a tab terminal as a lead terminal is fixed to each of the anode foil and the cathode foil by caulking, a cold weld method, or the like, and is drawn to the outside through a terminal insertion hole of a rubber sealing body.
[0004]
As shown in FIG. 1, the tab terminal 1 includes an aluminum round bar part 2, a flat part 3 obtained by machining the round bar part 2 into a flat shape, and a lead wire 4 welded to the round bar part 2. The lead wire 4 is made of CP wire (copper-coated steel wire), and is plated with solder or tin.
[0005]
The flat portion 3 of the tab terminal 1 is fixed to the anode foil or the cathode foil, and the round bar portion 2 is fitted into the terminal insertion hole of the rubber seal 7. FIG. 2 shows a metal (aluminum) case 5 that houses a capacitor element 6 in which an anode foil and a cathode foil with a tab terminal attached are wound through separator paper, and a rubber seal that seals the opening of the metal case. An exploded view broken down into the body 7 is shown.
[0006]
As the electrolytic solution impregnated in the capacitor element, one having high conductivity or one having stability in use at a high temperature is used in order to improve the characteristics of the capacitor.
[0007]
For example, a solution obtained by dissolving a quaternary ammonium salt or imidazolinium salt of o-phthalic acid or maleic acid as a solute in a solvent such as γ-butyrolactone or ethylene glycol is used as the electrolytic solution.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Such an electrolytic solution has a low viscosity and is active, and liquid leakage is likely to occur from a minute gap between the rubber sealing body and the round bar portion of the tab terminal.
[0009]
Further, the surface area of the cathode foil of the aluminum electrolytic capacitor is increased by etching in order to obtain a high capacity capacitor. In general, etched aluminum foil is more active than the unetched surface, and is easily oxidized by salt in the electrolyte, so when an untreated tab terminal comes into contact, an oxidation-reduction reaction occurs between the cathode foil and the tab terminal. As a result of the movement of the electric charge, the electrolyte solution is polarized around the joint between the tab terminal and the cathode foil, and an alkaline substance is generated on the surface of the tab terminal. Although the production reaction of the alkaline substance is very slow, once it is produced, the rubber is attacked at the fitting portion, and leakage of the electrolyte is induced.
[0010]
Further, when the electrolytic capacitor is energized, there is a problem that the electrolyte near the cathode has a higher potential than the lead round bar, and the leakage of the electrolyte proceeds at an accelerated rate.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a lead round bar portion by using an alloy in which at least one kind of lithium, copper, zinc, and gallium is added to aluminum which is a cathode tab terminal base material in a range of 0.01 wt% to 3.0 wt%. It is intended to increase the reactivity between the electrolyte and the electrolyte and suppress the formation reaction of the alkaline substance. Furthermore, as the cathode foil, the surface of the cathode foil is subjected to a conversion treatment in the range of 0.05 V to 5.0 V, or copper is added to the aluminum base material in the range of 0.01 wt% to 3.0 wt%. By using the aluminum alloy thus made, the reactivity between the cathode foil and the electrolytic solution can be lowered, the movement of electric charges can be suppressed, and the generation of an alkaline substance around the tab terminal can be suppressed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
That is, a capacitor formed by connecting an anode tab terminal and a cathode tab terminal made of a flat part, a round bar part, and a lead wire welded to the round bar part to the anode foil and the cathode foil, respectively, and winding them through a separator paper An aluminum electrolytic capacitor in which a device is impregnated with a driving electrolyte solution in which a quaternary ammonium salt of an organic acid or an imidazolinium salt of an organic acid is dissolved in γ-butyrolactone, and the cathode tab terminal is made of aluminum. It is made of an aluminum alloy with one or more lithium, copper, zinc, and gallium added to the base material in the range of 0.01% to 3.0% by weight, and the cathode foil is subjected to chemical conversion treatment or added with copper. An aluminum electrolytic capacitor characterized in that it is made of an aluminum alloy.
[0013]
The cathode foil is an aluminum electrolytic capacitor characterized in that it is an aluminum etching foil subjected to a chemical conversion treatment at a chemical conversion voltage of 0.05 V to 5.0 V.
[0014]
The cathode foil is an aluminum electrolytic capacitor characterized in that it is an aluminum alloy etching foil in which copper is added to an aluminum base material in a range of 0.01 wt% to 3.0 wt%.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
By using an alloy in which one or more of lithium, copper, zinc, and gallium in the range of 0.01 wt% to 3.0 wt% are used for the aluminum base material of the tab terminal, the tab terminal is oxidized, and at the same time, the cathode foil An aluminum alloy formed on the surface by chemical conversion in the range of 0.05 V to 5.0 V, or an aluminum alloy in which 0.01 wt% to 3.0 wt% of copper is added to the aluminum base material of the cathode foil By lowering the oxidizability of the cathode foil by using, the movement of charges due to the difference in oxidizability between the cathode foil and the tab terminal surface is prevented, and the generation of an alkaline substance on the tab terminal surface is suppressed.
[0016]
By adding one or more kinds of lithium, copper, zinc and gallium to aluminum which is a cathode tab terminal base material in the range of 0.01 wt% to 3.0 wt%, the potential of the cathode tab terminal itself is lowered. The reactivity between the terminal and the electrolyte increases. On the other hand, by subjecting the cathode foil to a conversion treatment in the range of a conversion voltage of 0.05 V to 5.0 V, the surface of the cathode foil can be made inactive and the reactivity between the cathode foil and the electrolyte can be kept low. Further, by using an aluminum alloy in which copper is added in the range of 0.01 wt% to 3.0 wt% to the aluminum base material in the cathode foil, copper ions once eluted from the aluminum base material are produced in the cathode foil manufacturing process. Covering the surface of the cathode foil, as a result, the potential of the cathode foil itself is increased, and the reactivity between the cathode foil and the electrolytic solution is decreased.
[0017]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.
[0018]
(Example) In the combination shown in Table 1, the cathode tab terminal was fixed to the cathode foil, and the normal tab terminal was fixed to the anode foil. .
[0019]
These capacitor elements were impregnated with an electrolytic solution consisting of 75% by weight of γ-butyrolactone and 25% by weight of tetramethylammonium o-phthalate.
[0020]
Capacitor elements were inserted into an aluminum outer case together with a butyl rubber sealing body, and 100 electrolytic capacitors each having a diameter of 10 mm, a length of 12.5 mm, a rated voltage of 25 V, and a capacitance of 220 μF were prototyped.
[0021]
(Comparative example) The aluminum base material used in the normal product is used as the cathode tab terminal instead of the alloy as in the example, and the aluminum used in the normal product is also used as the cathode foil. 100 prototypes were made.
[0022]
These electrolytic capacitors were subjected to a rated voltage 25 V application test in an atmosphere of temperature 85 ° C. and humidity 85% RH for 2000 hours, and then the electrolyte leaked between the tab terminal and the terminal insertion hole of the rubber sealing body. When the state was visually inspected with a microscope, the results shown in Table 1 were obtained. In this example, there was no leakage, whereas in the comparative example, the occurrence of leakage was observed.
[0023]
[Table 1]

[0024]
If the amount of metal added to the cathode tab terminal is less than 0.01% by weight, there is no effect in preventing leakage, and if it exceeds 3.0% by weight, the oxidation property of the cathode tab terminal becomes too high, and the leakage current of the product, etc. There is a problem of deteriorating capacitor characteristics. Further, if the pressure resistance of the oxide film of the cathode foil is less than 0.05V, there is no effect in preventing leakage, and if it exceeds 5.0V, the capacity of the cathode foil is greatly reduced, which causes a problem. And, if the amount of copper added to the cathode foil is less than 0.01% by weight, there is no effect in preventing leakage, and if it exceeds 3.0% by weight, capacitor characteristics such as occurrence of short circuit due to copper deposition deteriorate, There's a problem.
[0025]
As described above, the tab terminal according to the present invention can be oxidized by forming an aluminum alloy in which one or more of 0.01% to 3.0% by weight of lithium, copper, zinc, and gallium are added to an aluminum base material. At the same time, the cathode foil is formed, or the cathode foil is made of an aluminum alloy in which copper is added to an aluminum base material, thereby reducing the oxidation of the cathode foil and suppressing the transfer of electric charge between the cathode foil and the tab terminal. In addition, alkalinization of the driving electrolyte on the tab surface is suppressed, and leakage of the driving electrolyte can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an example of a tab terminal used in the present invention.
FIG. 2 is an exploded view showing an aluminum electrolytic capacitor exploded into components.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tab terminal 2 Round bar part 3 Flat part 4 Leader wire 5 Metal case 6 Capacitor element 7 Rubber sealing body

Claims

A capacitor element formed by connecting an anode tab terminal and a cathode tab terminal composed of a flat part, a round bar part, and a lead wire welded to the round bar part to the anode foil and the cathode foil, respectively, and winding them through a separator paper In an aluminum electrolytic capacitor obtained by impregnating a driving electrolyte solution in which a quaternary ammonium salt of an organic acid or an imidazolinium salt of an organic acid is dissolved in γ-butyrolactone and accommodated in a case,
The cathode tab terminal is made of an aluminum alloy in which one or more of lithium, copper, zinc, and gallium are added to an aluminum base material in the range of 0.01 wt% to 3.0 wt%, and the cathode foil is subjected to chemical conversion treatment. An aluminum electrolytic capacitor characterized by comprising an aluminum alloy to which copper or copper is added.

2. The aluminum electrolytic capacitor according to claim 1, wherein the cathode foil is an aluminum etching foil subjected to chemical conversion treatment at a chemical conversion voltage of 0.05V to 5.0V.

2. The aluminum electrolytic capacitor according to claim 1, wherein the cathode foil is an aluminum alloy etching foil obtained by adding copper to an aluminum base material in a range of 0.01 wt% to 3.0 wt%.