JP4523834B2 - 電解コンデンサの駆動用電解液 - Google Patents

Description

本発明は、電解コンデンサの駆動用電解液（以下、電解液という）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。

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、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る。この電解液において、ホウ酸と多価アルコール類と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ことが知られている。さらに、耐電圧向上のため、合成高分子であるポリビニルアルコールを溶解していた（例えば、特許文献１〜３参照）。
特公平７−４８４５９号公報（第１−４頁） 特公平７−４８４６０号公報（第１−３頁） 特公平７−６３０４７号公報（第１−４頁）

しかしながら、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あり、耐電圧を大幅に向上させるには、比抵抗の顕著な上昇を伴うという問題点がある。
一方、ポリビニルアルコールはマンニトールより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、多量に添加することができない上、電解液の加熱と攪拌が長時間必要であるという問題点がある。
また、多価アルコール類は主溶質である高級二塩基酸ともエステル反応を起こすことがあるため、電解液自身の特性変化が大きくなるという問題点がある。

上記問題点に鑑みて、本発明の課題は、比抵抗上昇を抑えながら耐電圧の上昇を図ることができる電解コンデンサの駆動用電解液を提供することにある。

本発明は、上記の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、ピリジンジカルボン酸ジアルキルエステルがカルボニル基を有することに着目し、この構造により電解液と電極箔との化学反応を抑制し、耐電圧の上昇を図ろうとするものである。

すなわち、本発明に係る電解コンデンサの駆動用電解液では、エチレングリコールを主成分とする溶媒に、少なくとも、カルボン酸またはその塩と、以下の化学式で示すピリジンジカルボン酸ジアルキルエステルとを溶解し、
前記ピリジンジカルボン酸ジアルキルエステルの溶解量が、電解液全体に対して０．１０〜５．００ｗｔ％であることを特徴とする。

前記ピリジンジカルボン酸ジアルキルエステルの溶解量が、０．１０ｗｔ％未満では耐電圧向上の効果が十分でなく、５．００ｗｔ％を超えると比抵抗が高くなる傾向にある。

ピリジンジカルボン酸ジアルキルエステルとしては、ピリジンジカルボン酸ジメチルエステル、ピリジンジカルボン酸ジエチルエステル、ピリジンジカルボン酸ジプロピルエステル等が挙げられる。

本発明で用いられるカルボン酸の例としては、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−ジカルボン酸が挙げられる。

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の溶融塩を例示することができる。

エチレングリコールに混合する副溶媒としては、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、水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ができる。

上記の電解液には、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、ニトロ化合物等が挙げられる。

上記のとおり、本発明によるピリジンジカルボン酸ジアルキルエステルを溶解した電解液は、主溶質のカルボン酸とのエステル化反応が少なく、エチレングリコールに対する溶解性が高いので、比抵抗の上昇を抑制しながら、耐電圧の向上を図ることができ、かつ熱安定性にも優れるため、高温下での製品の信頼性を高めることができる。

本発明に係る電解コンデンサの電解液では、エチレングリコールを主成分とする溶媒に、少なくとも、カルボン酸またはその塩と、上記の化学式で示すピリジンジカルボン酸ジアルキルエステルとを溶解したものであり、後述するように、耐電圧の向上を図ることができる。ここで、ピリジンジカルボン酸ジアルキルエステルの溶解量は、電解液全体に対して０．１０〜５．００ｗｔ％であることが好ましい。

本発明に係る電解コンデンサの電解液において、耐電圧が向上する理由としては、エチレングリコールを主溶媒とする電解液中で、ピリジンジカルボン酸ジアルキルエステルのカルボニル基部分が電極箔の酸化皮膜と結合して保護作用を発揮し、電圧印加時の電解液と電極箔との化学反応が抑えられるためと考えられる。

また、本発明に係る電解コンデンサの電解液において、ピリジンジカルボン酸ジアルキルエステルは、ピリジン環を有するので、高温での安定性も高い。さらにピリジンジカルボン酸ジアルキルエステルは、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高く、主溶質のカルボン酸とのエステル化反応が少ないことから、比抵抗の上昇を抑えながら耐電圧の向上も図ることができる。

以下、実施例に基づき本発明をさらに具体的に説明する。まず、表１，２に示す電解液組成で、実施例および従来例に係る電解液を調合した後、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）を測定した。その結果を表１，２に示す。

表１，２から分かるように、ピリジンジカルボン酸ジメチルエステルを溶解した実施例に係る電解液は、従来例より比抵抗の上昇が抑えられ、耐電圧を向上していることが分かる。
ここで、ピリジンジカルボン酸ジメチルエステルの溶解量は０．１０ｗｔ％未満では耐電圧向上の効果が十分でなく、５．００ｗｔ％を超えると比抵抗が高くなり過ぎ、低比抵抗用途に不向きとなる。よって、ピリジンジカルボン酸ジメチルエステルの溶解量は、０．１０〜５．００ｗｔ％の範囲が好ましい。

また、上記電解液を用いて中高圧用アルミニウム電解コンデンサを製作して信頼性試験を行ったところ、従来の電解液を用いたアルミニウム電解コンデンサと比較して同等以上の信頼性を有することが確認できた。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、ピリジンジカルボン酸ジメチルエステルのメチル基をエチル基、プロピル基とした電解液でも実施例と同等の効果が得られ、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、その他、添加剤を加えた電解液、副溶媒を混合した電解液でも実施例と同等の効果があった。
また、本発明は、中高圧用アルミニウム電解コンデンサの電解液に限らず、低圧用アルミニウム電解コンデンサの電解液にも適用することができる。

Claims (1)

1. エチレングリコールを主成分とする溶媒に、少なくとも、カルボン酸またはその塩と、以下の化学式で示すピリジンジカルボン酸ジアルキルエステルとを溶解し、
   前記ピリジンジカルボン酸ジアルキルエステルの溶解量が、電解液全体に対して０．１０〜５．００ｗｔ％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。