JP4481516B2 - 電解コンデンサの駆動用電解液 - Google Patents
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Description
【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と、ホウ酸またはホウ酸アンモニウムを溶解した電解液にポリプロピレングリコールや、ポリビニルアルコール等の合成高分子を添加すると電解液の耐電圧を向上できることが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、平均分子量が1000程度のポリプロピレングリコールは、エチレングリコールを主溶媒とする電解液に対する溶解性が高いが、耐電圧を向上させるためには多量の添加が必要であり、電解液の比抵抗が高くなるという問題があった。また、平均分子量が2000以上のポリプロピレングリコールは、平均分子量1000程度のものより電解液の耐電圧を向上させる効果は高いが、比抵抗の上昇が大きく、かつ溶解性が低いという問題があった。また、ポリビニルアルコールは、3次元網目構造を有し、イオンの移動が容易であるため、比抵抗を大幅に上昇させずに耐電圧を向上できるが、エチレングリコールを主溶媒とする電解液に対する溶解性が非常に低い上、飽和濃度近く溶解するとポリビニルアルコール中の水酸基同士が静電引力によって集合し、糸屑状のミセル構造となるため高分子による耐電圧向上効果が得にくいという問題があった。
本発明は上記の問題を解決するもので、電解液の比抵抗の上昇を抑制しつつ、耐電圧の向上および耐電圧の維持を図ることができ、かつ、溶解性の向上も可能な電解液を提供するものである。
【0004】
【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り、ポリビニルアルコールに対するへのプロピレングリコールジアクリレートの架橋によって形成される架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレングリコールジアクリレート共重合体が、エチレングリコールに対する溶解性が高いポリプロピレングリコールジアクリレート部分と、耐電圧向上に効果の高いポリビニルアルコール部分を有することに着目し、ポリビニルアルコールを単独で用いるより、エチレングリコールに対する溶解性が向上し、架橋構造によって耐熱性向上を図るとともに、ポリビニルアルコールが糸屑状のミセル構造を形成することを防止することができるので、電解液の比抵抗の上昇を抑制しつつ、耐電圧の向上を図ろうとするものである。
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塩と、ホウ酸またはそのアンモニウム塩と、架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレングリコールジアクリレート共重合体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。
【0005】
そして、上記架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレングリコールジアクリレート共重合体の量が、0.10〜10.0wt%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。
【0006】
また、上記架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレングリコールジアクリレート共重合体のポリビニルアルコール部の平均重合度が200〜1500であり、ポリプロピレングリコールジアクリレート部の平均重合度が4〜800であり、ポリビニルアルコール部の平均架橋度(平均架橋数/平均重合度)が2〜60%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。
【0007】
また、上記高級二塩基酸としては、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、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。
【0008】
そして、上記高級二塩基酸の塩としては、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1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2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3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4級アンモニウム塩等を例示することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
ポリビニルアルコールがポリプロピレングリコールジアクリレートによって架橋された架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレングリコールジアクリレート共重合体を溶解した電解液は、ポリビニルアルコール部分とポリプロピレングリコールジアクリレート部分の両方の特性が生かせるようになる。すなわち、両部分、特にポリビニルアルコール部は電解液の耐電圧向上に効果があり、さらに、比較的低重合度(低平均分子量)のポリプロピレングリコールジアクリレート部分がエチレングリコールに対する溶解性を向上させることができ、さらにポリビニルアルコール部分の3次元網目構造によりイオンの移動を容易にすることで比抵抗の上昇を抑制する。また、アクリル酸による架橋構造のため、熱分解が生じ難くなり、耐熱性が向上することに加え、ポリビニルアルコールが糸屑状に絡み合うことを防止できるため、高分子の耐電圧向上効果が損なわれない。
【0010】
【実施例】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。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(耐電圧)を測定した。
【0011】
【表1】
【0012】
【表2】
【0013】
まず、従来例、比較例1〜2に示すように、平均重合度17のポリプロピレングリコールを添加すると火花電圧は上昇するが、同時に比抵抗も上昇する。添加量10.0wt%では火花電圧は435Vまで達するが、比抵抗は780Ω・cmまで上昇した。比較例3〜4に示すように、平均重合度500のポリビニルアルコールを添加するとポリプロピレングリコールと比べ、火花電圧の上昇は大きいが、10.0wt%添加した場合溶解しなかった。
そこで、本発明の架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレングリコールジアクリレート共重合体を添加した実施例は完全に溶解可能で、火花電圧を上昇させながら比抵抗の上昇を抑えることができる。
【0014】
なお、架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレングリコールジアクリレート共重合体の溶解量は、0.05wt%では耐電圧向上の効果が十分でなく、15.0wt%では比抵抗が高くなりすぎ低比抵抗用途に不向きである。よって、架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレングリコールジアクリレート共重合体の溶解量は、0.10〜10.0wt%の範囲が好ましい。
【0015】
実施例2〜4と比較例3の電解液をコンデンサ素子に含浸した後、アルミニウム製外装ケース内に封口ゴムと共に封止し、φ35.0×35.0mmL、定格電圧400V、静電容量390μFのアルミニウム電解コンデンサを各10個作製しエージング処理を行った。
これらの製品の初期値を測定後、105℃の高温槽中で定格電圧を印加し、一定時間毎に取り出し製品のtanδ変化を調査し、表3の結果を得た。
【0016】
【表3】
【0017】
表3より本実施例を使用した電解コンデンサは、高温負荷試験においても安定した特性が得られ、長期信頼性に優れていることが分かる。
【0018】
実施例3の電解液組成で、架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレンジアクリレート共重合体のポリビニルアルコール部の平均重合度と電解液の火花発生電圧との関係を調査し図1の結果を得た。
図1よりポリビニルアルコール部の平均重合度は、200〜1500の範囲が好ましいことが分かる。平均重合度が200未満では、火花発生電圧の向上が十分ではなく、1500を超えると本条件では完全に溶解しなかった。
【0019】
同じく実施例3の電解液組成で、架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレンジアクリレート共重合体のポリプロピレンジアクリレート部の平均重合度と電解液の比抵抗、火花発生電圧との関係を調査し図2の結果を得た。
図2よりポリプロピレンジアクリレート部の平均重合度は、4〜800の範囲が好ましいことが分かる。平均重合度が4未満では、火花発生電圧の向上が十分ではなく、800を超えると火花発生電圧の向上は十分であるが、比抵抗が高くなり、低比抵抗用途に不向きとなる。
【0020】
次に、実施例5の電解液組成で、架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレンジアクリレート共重合体のポリプロピレンジアクリレートのポリビニルアルコール部への平均架橋度と電解液への溶解性との関係を調査し表4の結果を得た。ここで、架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレンジアクリレート共重合体のポリビニルアルコール部の平均重合度は1500、ポリプロピレンジアクリレートの平均重合度は4となるものを使用した。
【0021】
【表4】
【0022】
表4より平均架橋度は2〜60%の範囲が好ましいことが分かる。平均架橋度が2%未満または60%を超えると架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレンジアクリレート共重合体が完全に溶解しないという問題がある。
【0023】
【発明の効果】
上記したとおり、本発明による架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレングリコールジアクリレート共重合体をエチレングリコールを主体とした電解液に溶解した場合、比抵抗の上昇を抑制しつつ耐電圧の改善を図ることができ、さらに高温でも安定した特性が得られ、工業的、実用的価値大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレンジアクリレート共重合体のポリビニルアルコール部の平均重合度と電解液の火花発生電圧との特性図である。
【図2】架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレンジアクリレート共重合体のポリプロピレンジアクリレート部の平均重合度と電解液の比抵抗および火花発生電圧との特性図である。
Claims (3)
- 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塩と、ホウ酸またはそのアンモニウム塩と、架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレングリコールジアクリレート共重合体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。
- 請求項1記載の架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレングリコールジアクリレート共重合体の量が、0.10〜10.0wt%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。
- 上記架橋型ポリビニルアルコール−ポリプロピレングリコールジアクリレート共重合体のポリビニルアルコール部の平均重合度が200〜1500であり、ポリプロピレングリコールジアクリレート部の平均重合度が4〜800であり、ポリビニルアルコール部の平均架橋度が2〜60%であることを特徴とする請求項1、2記載の電解コンデンサの駆動用電解液。
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