JP4582798B2 - Electrolytic capacitor driving electrolyte and electrolytic capacitor using the same - Google Patents

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Description

本発明は、電解コンデンサの駆動用電解液(以下、電解液と称す)の改良に関するものであり、低比抵抗で、かつ水分量の多い場合においても、広い温度範囲において長期的に電極箔の水和劣化反応を抑制することが可能であり、製品の信頼性が良好な電解コンデンサの駆動用電解液、及びこれを用いた電解コンデンサに関する。   The present invention relates to an improvement of an electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor (hereinafter referred to as an electrolytic solution). Even when the specific resistance is high and the amount of water is large, the electrode foil is long-term in a wide temperature range. The present invention relates to an electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor capable of suppressing a hydration deterioration reaction and having good product reliability, and an electrolytic capacitor using the electrolytic solution.

電解コンデンサは一般的な電気部品の一つであり、様々な電気製品、電子製品において、主として電源回路用やデジタル回路のノイズフィルタ用として広く使用されるものである。   An electrolytic capacitor is one of general electric components, and is widely used in various electric products and electronic products mainly for power supply circuits and digital circuit noise filters.

一般に、アルミニウム電解コンデンサは、高純度のアルミニウム箔を電気化学的にエッチング処理して表面積を拡大させた後、ホウ酸アンモニウム水溶液、アジピン酸アンモニウム水溶液、リン酸アンモニウム水溶液等の化成液中で化成処理を行い、エッチング箔表面に酸化皮膜を形成させた陽極箔と、高純度のアルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔との間に、セパレータを挿入し巻回して得られたコンデンサ素子に電解液を含浸し、金属製の筒状ケースに収納した後、開口部を弾性ゴムにより封口し、封口部位を絞り加工することにより構成される。   In general, an aluminum electrolytic capacitor is formed by subjecting a high-purity aluminum foil to an electrochemical etching treatment to increase the surface area, followed by a chemical conversion treatment in a chemical conversion solution such as an aqueous ammonium borate solution, an aqueous solution of ammonium adipate, or an aqueous solution of ammonium phosphate. A capacitor element obtained by inserting and winding a separator between an anode foil having an oxide film formed on the etched foil surface and a cathode foil etched with a high-purity aluminum foil is impregnated with an electrolytic solution. And after accommodating in a metal cylindrical case, it is comprised by sealing an opening part with elastic rubber and drawing a sealing part.

近年、電子部品のデジタル化が進む中で、電解コンデンサの低損失、低インピーダンス化への要求が高まっており、電解コンデンサに使用する電解液は、低比抵抗化に向けて開発が進められている。   In recent years, with the progress of digitalization of electronic components, the demand for low loss and low impedance of electrolytic capacitors is increasing, and the electrolyte used for electrolytic capacitors is being developed for lowering the specific resistance. Yes.

従来の低圧用電解液にはエチレングリコールを主溶媒とし、これに水を10%程度添加した混合溶媒に、電解質としてアジピン酸、安息香酸等のアンモニウム塩を溶解したものが使用されてきた。この様な電解液の比抵抗は150Ω・cm程度である。   Conventional low-pressure electrolytes have been prepared by dissolving ammonium salts such as adipic acid and benzoic acid as electrolytes in a mixed solvent containing ethylene glycol as a main solvent and about 10% of water added thereto. The specific resistance of such an electrolyte is about 150 Ω · cm.

電解コンデンサにおいては、電解液の低比抵抗化以外にも種々の方法によりインピーダンスを低減するための手段が採られている。例えば、電解コンデンサに収納される電極面積を増やす手法や、セパレータを低密度化する方法が用いられているが、前者はコンデンサの小形化に対応できず、また後者はセパレータの引っ張り強度の低下や耐ショート性の低下を招くこととなるため、これらの方法では大幅な低インピーダンス化を実現するには至らない。   In the electrolytic capacitor, means for reducing the impedance by various methods other than the reduction of the specific resistance of the electrolytic solution are employed. For example, a method of increasing the electrode area accommodated in the electrolytic capacitor or a method of reducing the density of the separator is used, but the former cannot cope with downsizing of the capacitor, and the latter does not reduce the tensile strength of the separator. Since short-circuit resistance is lowered, these methods cannot achieve a significant reduction in impedance.

また、電解液中の水分量を増加させて電解液の比抵抗を低減する方法が提案されている(例えば特許文献1、2参照)。
特許第3366267号 特許第3366268号
In addition, a method for reducing the specific resistance of the electrolytic solution by increasing the amount of water in the electrolytic solution has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
Japanese Patent No. 3366267 Japanese Patent No. 3366268

しかしながら、水を多量に含む電解液を用いた電解コンデンサにおいては、電極箔として使用しているアルミニウムが溶出し、電解液中の水分と反応(水和反応)し、水酸化アルミニウムとなり箔表面に析出する。この反応が繰り返されると、電極箔が劣化し、コンデンサの著しい特性悪化を引き起こす。水和反応がさらに進行すると、アルミニウムの溶出に伴い発生した水素ガスのためコンデンサの内圧が上昇し、安全弁の作動(弁作動)に至りコンデンサとしての機能を失う。   However, in an electrolytic capacitor using an electrolytic solution containing a large amount of water, aluminum used as an electrode foil elutes and reacts with moisture in the electrolytic solution (hydration reaction) to form aluminum hydroxide on the foil surface. Precipitate. When this reaction is repeated, the electrode foil deteriorates, causing a significant deterioration in the characteristics of the capacitor. When the hydration reaction further proceeds, the internal pressure of the capacitor rises due to the hydrogen gas generated as a result of the elution of aluminum, leading to the operation of the safety valve (valve operation) and the function of the capacitor is lost.

こうした電極箔の劣化に対して、リン酸に抑制効果があることが良く知られているものの、十分なものではない。これは、電解液にリン酸を添加すると、リン酸はアルミニウムイオンと反応して電極箔表面に耐水性の高いリン酸アルミニウム皮膜を形成して、電極箔の劣化を抑制するものの、電解液中から次第にリン酸が消失していき、水和劣化を十分に抑制できないためである。   Although it is well known that phosphoric acid has an inhibitory effect on such electrode foil degradation, it is not sufficient. This is because when phosphoric acid is added to the electrolytic solution, phosphoric acid reacts with aluminum ions to form a highly water-resistant aluminum phosphate film on the surface of the electrode foil, thereby suppressing deterioration of the electrode foil. This is because phosphoric acid gradually disappears and hydration deterioration cannot be sufficiently suppressed.

こうした電極箔の劣化を抑制すべく、水分を多量に含む電解液に、カルボン酸、カルボン酸塩、無機酸等の電解質と、キレート化合物を添加することにより、アルミニウム電極箔の水和反応を抑制し、それにより、電解コンデンサの長寿命化を図る試みがなされている(例えば特許文献3参照)。
特許第3623139号
In order to suppress such deterioration of the electrode foil, the hydration reaction of the aluminum electrode foil is suppressed by adding an electrolyte such as carboxylic acid, carboxylate, and inorganic acid and a chelate compound to the electrolyte containing a large amount of water. As a result, attempts have been made to extend the life of electrolytic capacitors (see, for example, Patent Document 3).
Japanese Patent No. 3623139

キレート剤は金属イオンへ配位することで、金属を含んだ環状構造であるキレート錯体を形成する化合物である。このキレート剤を電解液中に添加すると、電極箔より溶出するアルミニウムイオンとの間でキレート錯体を形成するため、電解液中のリン酸とアルミニウムイオンの反応を抑制し、長期的にリン酸による水和反応抑制効果を維持できるものと考えられる。   A chelating agent is a compound that forms a chelate complex that is a cyclic structure containing a metal by coordination with a metal ion. When this chelating agent is added to the electrolytic solution, a chelate complex is formed with the aluminum ions eluted from the electrode foil, so that the reaction between phosphoric acid and aluminum ions in the electrolytic solution is suppressed, and long-term It is thought that the hydration reaction inhibitory effect can be maintained.

しかしながら、キレート剤がキレート錯体を形成する能力は、キレート剤構造によって大きく異なり、従来使用されているエチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)、トリエチレンテトラミン六酢酸(TTHA)、エチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)(EDTPO)等のようにキレート錯体形成速度の大きな(キレート安定度の高い)キレート剤を多量に添加すると、アルミニウム電極箔の溶解反応が起こり易く、キレート剤による長寿命化の効果が十分に得られないという問題を有している。 However, the ability of the chelating agent to form a chelate complex varies greatly depending on the chelating agent structure, and conventionally used ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), triethylenetetraminehexaacetic acid (TTHA), ethylenediaminetetrakis. When a large amount of a chelating agent having a high chelate complex formation rate (high chelate stability) such as (methylenephosphonic acid) (EDTPO) or the like is added, the aluminum electrode foil is liable to undergo a dissolution reaction, thereby prolonging the life of the chelating agent. There is a problem that the effect cannot be obtained sufficiently.

本発明は低比抵抗で、かつ水分量の多い電解液を使用する場合においても、電解液中のリン酸を最適量に維持し続け、電極箔の水和劣化反応を長期的に抑制することを目的としている。   Even when using an electrolytic solution having a low specific resistance and a large amount of water, the present invention keeps the phosphoric acid in the electrolytic solution at an optimum amount and suppresses the hydration deterioration reaction of the electrode foil for a long time. It is an object.

さらに本発明による電解液を用いることにより、低インピーダンスであり、かつ長寿命を実現した電解コンデンサを提供することを目的としている。   It is another object of the present invention to provide an electrolytic capacitor that has a low impedance and realizes a long life by using the electrolytic solution according to the present invention.

本発明は上記課題を解決するため、種々検討した結果見出されたものであり、特定のアルキルジアミン四酢酸の特性に着目し、その特性を電解液に適用しようとするものである。   The present invention has been found as a result of various studies in order to solve the above-mentioned problems, and focuses on the characteristics of a specific alkyldiaminetetraacetic acid and intends to apply the characteristics to an electrolytic solution.

本発明の電解コンデンサの駆動用電解液は、10〜80wt%の有機溶媒と、90〜20wt%の水とからなる混合溶媒に、カルボン酸及びカルボン酸塩から選択される少なくとも1種の電解質と、少なくとも1種のリン酸化合物と、キレート剤として下記〔化1〕で表されるアルキルジアミン四酢酸、及びその塩より選択される少なくとも1種とを含むことを特徴とする。   The electrolytic solution for driving the electrolytic capacitor of the present invention comprises: a mixed solvent composed of 10 to 80 wt% organic solvent and 90 to 20 wt% water; and at least one electrolyte selected from carboxylic acid and carboxylate And at least one phosphoric acid compound and at least one selected from alkyldiaminetetraacetic acid represented by the following [Chemical Formula 1] and a salt thereof as a chelating agent.

Figure 0004582798
Figure 0004582798

〔式中のnは3〜7の整数を示す。〕
〔化1〕で示されるキレート剤としては、1,3−プロパンジアミン四酢酸、1,4−ブタンジアミン四酢酸、1,5−ペンタンジアミン四酢酸、1,6−ヘキサンジアミン四酢酸、1,7−ヘプタンジアミン四酢酸があり、これらの塩としては、アルミニウム、鉄、銅、カルシウム、マグネシウム、チタン、タンタル等の金属塩、アンモニウム塩、アミン塩等を用いることができる。これらのキレート剤は複数併用してもよい。
[N in the formula represents an integer of 3 to 7. ]
As the chelating agent represented by [Chemical Formula 1], 1,3-propanediaminetetraacetic acid, 1,4-butanediaminetetraacetic acid, 1,5-pentanediaminetetraacetic acid, 1,6-hexanediaminetetraacetic acid, 1, There is 7-heptanediaminetetraacetic acid, and as these salts, metal salts such as aluminum, iron, copper, calcium, magnesium, titanium, tantalum, ammonium salts, amine salts, and the like can be used. A plurality of these chelating agents may be used in combination.

有機溶媒としては、プロトン系溶媒と非プロトン系溶媒のうちから選択される1種以上の溶媒を使用することができる。プロトン系溶媒の例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、ブチルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等を挙げることができ、その中でもエチレングリコールが好適である。また、非プロトン系溶媒の例としては、γ−ブチロラクトン等のラクトン化合物が挙げられる。   As the organic solvent, one or more solvents selected from a protic solvent and an aprotic solvent can be used. Examples of the protonic solvent include methyl alcohol, ethyl alcohol, butyl alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, glycerin and the like, and among these, ethylene glycol is preferable. Examples of aprotic solvents include lactone compounds such as γ-butyrolactone.

本発明に用いられる電解質としては、カルボン酸及びカルボン酸塩のうちから選ばれる1種以上の電解質を使用することができる。使用できるカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、シュウ酸、プロピオン酸、安息香酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フマル酸、マレイン酸、フタル酸、アゼライン酸、クエン酸並びにこれらのアンモニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩及びアミン塩が挙げられる。この中でもギ酸、アジピン酸が低比抵抗化と寿命特性の双方を実現する上で好適である。   As the electrolyte used in the present invention, one or more electrolytes selected from carboxylic acids and carboxylates can be used. Carboxylic acids that can be used include formic acid, acetic acid, oxalic acid, propionic acid, benzoic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, fumaric acid, maleic acid, phthalic acid, azelaic acid, citric acid and their ammonium. Salts, sodium salts, potassium salts and amine salts. Among these, formic acid and adipic acid are suitable for realizing both low resistivity and life characteristics.

本発明に用いられるリン酸化合物としては、オルトリン酸、亜リン酸、次亜リン酸が、また、縮合リン酸類としてピロリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、メタリン酸、ヘキサメタリン酸等が、さらにリン酸エステル類としてリン酸モノメチル、リン酸ジメチル、リン酸モノエチル、リン酸ジエチル、リン酸モノプロピル、リン酸ジプロピル、リン酸モノエチレングリコール、リン酸ジエチレングリコール等が挙げられる。リン酸化合物の塩としては、アンモニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、及びアミン塩等を使用することができ、このうちアンモニウム塩が好ましく用いられる。   Examples of the phosphoric acid compound used in the present invention include orthophosphoric acid, phosphorous acid, and hypophosphorous acid, and examples of condensed phosphoric acids include pyrophosphoric acid, tripolyphosphoric acid, tetrapolyphosphoric acid, metaphosphoric acid, and hexametaphosphoric acid. Examples of acid esters include monomethyl phosphate, dimethyl phosphate, monoethyl phosphate, diethyl phosphate, monopropyl phosphate, dipropyl phosphate, monoethylene glycol phosphate, and diethylene glycol phosphate. As the salt of the phosphoric acid compound, ammonium salt, sodium salt, potassium salt, amine salt and the like can be used, and among these, ammonium salt is preferably used.

リン酸化合物の添加量は全電解液重量に対して0.1〜2.0wt%であることが好ましく、0.1wt%に満たない場合、電解コンデンサの長寿命化の効果が十分に得られず、また、2.0wt%を超えると最適値を逸脱するため、逆に寿命特性を低下させることになる。   The addition amount of the phosphoric acid compound is preferably 0.1 to 2.0 wt% with respect to the total electrolyte weight, and when it is less than 0.1 wt%, the effect of extending the life of the electrolytic capacitor can be sufficiently obtained. Moreover, since it will deviate from an optimal value when it exceeds 2.0 wt%, life characteristics will be reduced conversely.

アルキルジアミン四酢酸及びその塩の添加量は、全電解液重量に対して0.01〜2.0wt%であることが好ましい。添加量が0.01wt%に満たない場合、電解コンデンサの長寿命化の効果が殆ど認められず、また、2.0wt%を超えると最適値を逸脱するため、逆に寿命特性を低下させることになる。 The amount of alkyldiaminetetraacetic acid and its salt added is preferably 0.01 to 2.0 wt% with respect to the total electrolyte weight. When the added amount is less than 0.01 wt%, the effect of extending the life of the electrolytic capacitor is hardly recognized, and when it exceeds 2.0 wt%, it deviates from the optimum value. become.

さらに、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コンデンサ駆動用電解液として一般的に使用される種々の添加剤を加えることができる。添加剤の例として、グルコース、フルクトース、マンニトール、キシロース、ガラクトース、ペンタエリスリトール等の糖類、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等の高分子化合物、ニトロフェノール、ニトロ安息香酸、ニトロアセトフェノン、ニトロアニソール、ジニトロ安息香酸、ニトロベンジルアルコール等のニトロ化合物、シランカップリング剤等を挙げることができる。   Furthermore, various additives generally used as capacitor driving electrolytes can be added to the above electrolyte for the purpose of reducing leakage current, improving withstand voltage, gas absorption, and the like. Examples of additives include sugars such as glucose, fructose, mannitol, xylose, galactose, pentaerythritol, polymer compounds such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, nitrophenol, nitrobenzoic acid, nitroacetophenone, nitroanisole, dinitro Examples thereof include nitro compounds such as benzoic acid and nitrobenzyl alcohol, and silane coupling agents.

また、本発明のアルキルジアミン四酢酸と共に他のキレート剤を併用することもできる。併用できるキレート剤としては、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、リンゴ酸、乳酸、グリコール酸、α−ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシマロン酸、α−メチルリンゴ酸、ジヒドロキシ酒石酸等のヒドロキシカルボン酸類、γ−レゾルシル酸、β−レゾルシル酸、トリヒドロキシ安息香酸、ヒドロキシフタル酸、ジヒドロキシフタル酸、フェノールトリカルボン酸、アウリントリカルボン酸等の芳香族ヒドロキシカルボン酸類、エチレンジアミン二酢酸、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、グリコールエーテルジアミン四酢酸(GEDTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸(HEDTA)、トリエチレンテトラミン六酢酸(TTHA)、トランス−1,2−ジアミノシクロヘキサン−N、N、N’、N’−四酢酸(CyDTA)、エチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)(EDTPO)、エチレンジアミン−N,N’−ビス(メチレンホスホン酸)、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸(EDTA-OH)、1,3−ジアミノ−2−ヒドロキシプロパン四酢酸(DPTA−OH)、1,2−プロパンジアミン四酢酸(1,2−PDTA)、ジヒドロキシエチルグリシン(DHEG)等のアミノポリカルボン酸を挙げることができる。併用する際の添加量は0.01〜0.4wt%とし、更にアルキルジアミン四酢酸を含めた全キレート剤の総量が0.02〜2.0wt%であることが好ましい。   In addition, other chelating agents can be used in combination with the alkyldiaminetetraacetic acid of the present invention. Examples of chelating agents that can be used in combination include citric acid, tartaric acid, gluconic acid, malic acid, lactic acid, glycolic acid, α-hydroxybutyric acid, hydroxymalonic acid, α-methylmalic acid, dihydroxytartaric acid and the like, and γ-resorcylic acid , Β-resorcylic acid, trihydroxybenzoic acid, hydroxyphthalic acid, dihydroxyphthalic acid, phenol tricarboxylic acid, aromatic hydroxycarboxylic acids such as aurintricarboxylic acid, ethylenediaminediacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), nitrilotriacetic acid (NTA) ), Glycol ether diamine tetraacetic acid (GEDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid (HEDTA), triethylenetetraminehexaacetic acid (TTHA), trans-1,2- Aminocyclohexane-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid (CyDTA), ethylenediaminetetrakis (methylenephosphonic acid) (EDTPO), ethylenediamine-N, N′-bis (methylenephosphonic acid), hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid ( EDTA-OH), 1,3-diamino-2-hydroxypropanetetraacetic acid (DPTA-OH), 1,2-propanediaminetetraacetic acid (1,2-PDTA), aminopolycarboxylic such as dihydroxyethylglycine (DHEG) Mention may be made of acids. The amount added when used in combination is preferably 0.01 to 0.4 wt%, and the total amount of all chelating agents including alkyldiaminetetraacetic acid is preferably 0.02 to 2.0 wt%.

本発明の電解液中に含有されるキレート剤は、従来より用いられているアミノポリカルボン酸と比較してキレート安定度が低く、電解液中に溶出したアルミニウムイオンと錯体化する能力を有するが、過剰なキレート化作用がなく、アルミニウム電極箔を溶解せしめることが無いものと考えられる。   The chelating agent contained in the electrolytic solution of the present invention has a lower chelate stability than the conventionally used aminopolycarboxylic acid and has the ability to complex with aluminum ions eluted in the electrolytic solution. It is considered that there is no excessive chelating action and the aluminum electrode foil is not dissolved.

従って、本発明に記載する電解液を用いた製品は、従来用いられたアミノポリカルボン酸類を用いた電解液と比較して、電解液中のリン酸をより長期間にわたり維持することが可能であり、これにより製品の長寿命化を実現することができる。 Therefore, the product using the electrolytic solution described in the present invention can maintain the phosphoric acid in the electrolytic solution for a longer period of time compared to the electrolytic solution using aminopolycarboxylic acids conventionally used. With this, the product life can be extended.

本発明の電解コンデンサは、高純度のアルミニウム箔を電気化学的にエッチング処理して表面積を拡大させた後、ホウ酸アンモニウム水溶液、アジピン酸アンモニウム水溶液、リン酸アンモニウム水溶液等の化成液中で化成処理を行い、エッチング箔表面に酸化皮膜を形成させた陽極箔と、高純度のアルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔との間に、セパレータを挿入し巻回して得られたコンデンサ素子に電解液を含浸し、金属製の筒状ケースに収納した後、開口部を弾性ゴムにより封口し、封口部位を絞り加工したものであり、電解液として本発明の電解液を使用している。
本発明の電解液は水の添加量が多く、また、炭素数が3〜7のアルキルジアミン四酢酸又はその塩を溶解させていることから、製品の低インピーダンス化の効果と併せ、寿命特性が良好な電解コンデンサを得ることができる。
The electrolytic capacitor of the present invention is obtained by subjecting a high-purity aluminum foil to an electrochemical etching treatment to increase the surface area, followed by a chemical conversion treatment in a chemical conversion solution such as an aqueous ammonium borate solution, an aqueous solution of ammonium adipate, or an aqueous solution of ammonium phosphate. A capacitor element obtained by inserting and winding a separator between an anode foil having an oxide film formed on the etched foil surface and a cathode foil etched with a high-purity aluminum foil is impregnated with an electrolytic solution. Then, after being housed in a metal cylindrical case, the opening is sealed with elastic rubber and the sealed portion is drawn, and the electrolytic solution of the present invention is used as the electrolytic solution.
The electrolytic solution of the present invention has a large amount of water added, and also dissolves alkyldiaminetetraacetic acid having 3 to 7 carbon atoms or a salt thereof. A good electrolytic capacitor can be obtained.

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。尚、以下に挙げる実施例は本発明を例示するためのものであり、本発明は以下の内容に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be specifically described below. In addition, the Example given below is for illustrating this invention, and this invention is not limited to the following content.

実施例に用いる巻回型電解コンデンサの作製方法について以下に述べる。
高純度のアルミニウム箔を電気化学的にエッチング処理して表面積を拡大させた後、ホウ酸アンモニウム水溶液、アジピン酸アンモニウム水溶液、リン酸アンモニウム水溶液等の化成液中で化成処理を行い、エッチング箔表面に酸化皮膜を形成させた陽極箔と、高純度のアルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔との間に、セパレータを挿入し巻回してコンデンサ用素子を作製した。
そして、このコンデンサ素子に、表1に記載した組成による電解液を含浸してから、金属製の有底筒状ケースに収納した後、開口部を弾性ゴムにより封口し、封口部位を絞り加工して巻回型電解コンデンサ(6.3WV−1000μF)を作製した。
A method for manufacturing a wound electrolytic capacitor used in the examples will be described below.
After high-purity aluminum foil is electrochemically etched to increase the surface area, it is subjected to chemical conversion treatment in a chemical conversion solution such as ammonium borate aqueous solution, ammonium adipate aqueous solution, or ammonium phosphate aqueous solution. A capacitor element was produced by inserting and winding a separator between an anode foil on which an oxide film was formed and a cathode foil obtained by etching a high-purity aluminum foil.
Then, after impregnating the capacitor element with an electrolytic solution having the composition described in Table 1, it was stored in a metal bottomed cylindrical case, and then the opening was sealed with elastic rubber, and the sealing part was drawn. A wound electrolytic capacitor (6.3 WV-1000 μF) was produced.

使用した電解液の30℃における比抵抗の値を表1に併せて記載する。   The value of specific resistance at 30 ° C. of the electrolyte used is also shown in Table 1.

Figure 0004582798
Figure 0004582798

表1の電解液を使用して、定格6.3V−1000μF(φ10×12.5mmL)の電解コンデンサを各10個作製し、静電容量、漏れ電流について65℃、105℃にてDC6.3V負荷試験を行った。信頼性試験2000時間後、4000時間後において、試験品の電解液中リン酸量を測定すべく、製品中の電解液を遠心分離により収集し、JIS−K−0101記載の塩化第一スズ法に従い、オルトリン酸イオンの測定を行った。測定結果を表2に示す。   10 electrolytic capacitors each having a rating of 6.3 V-1000 μF (φ10 × 12.5 mmL) were produced using the electrolytic solution in Table 1, and the capacitance and leakage current were DC 6.3 V at 65 ° C. and 105 ° C. A load test was performed. After 2000 hours and 4000 hours of reliability test, the electrolyte in the product was collected by centrifugation to measure the amount of phosphoric acid in the electrolyte of the test product, and the stannous chloride method described in JIS-K-0101 Then, orthophosphate ions were measured. The measurement results are shown in Table 2.

Figure 0004582798
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表2のように、本発明によるアルキルジアミン四酢酸を添加していない従来例1〜3では、電解液中のリン酸量が65℃では経時的に減少する傾向にあり、105℃においては2000時間経過時に検出限界以下まで低減している。また、本発明によるキレート剤ではないエチレンジアミン四酢酸やジエチレントリアミン五酢酸を添加した従来例4〜6では、従来例1〜3と比べると電解液中のリン酸量が経時的に残存するものの、105℃4000時間では検出限界以下まで低減している。   As shown in Table 2, in the conventional examples 1 to 3 in which the alkyldiaminetetraacetic acid according to the present invention is not added, the amount of phosphoric acid in the electrolyte solution tends to decrease with time at 65 ° C., and 2000 at 105 ° C. Reduced to below detection limit over time. In addition, in the conventional examples 4 to 6 to which ethylenediaminetetraacetic acid or diethylenetriaminepentaacetic acid, which is not a chelating agent according to the present invention, was added, the amount of phosphoric acid in the electrolyte remained with time as compared with the conventional examples 1 to 3, but 105 It decreases to below the detection limit at 4000 ° C.

一方、本発明によるアルキルジアミン四酢酸を添加した実施例1〜21のうち、添加量が0.01〜2.0wt%の範囲にある実施例2〜5、実施例8〜11、実施例14〜17、及び実施例19〜21では、従来例と比べて広い温度範囲において電解液中のリン酸量が長期間にわたって維持されている。
但し、上記アルキルジアミン四酢酸の添加量が0.005wt%である実施例1、実施例7及び実施例13では65℃−4000時間、及び105℃−2000時間経過時にて活性リン酸量が検出限界以下にまで減少しており、アルキルジアミン四酢酸の添加による効果が十分に得られない。一方、添加量が3.0wt%の実施例6、実施例12及び実施例18でも65℃−4000時間、及び105℃−2000時間経過時にて検出限界以下まで電解液中のリン酸量が減少していることから、アルキルジアミン四酢酸の添加量は0.01〜2.0wt%が好ましいことが分かる。
On the other hand, among Examples 1-21 to which alkyldiaminetetraacetic acid according to the present invention was added, Examples 2-5, Examples 8-11, and Example 14 in which the addition amount was in the range of 0.01 to 2.0 wt%. In -17 and Examples 19-21, the phosphoric acid amount in electrolyte solution is maintained over a long period of time in a wide temperature range compared with a prior art example.
However, in Example 1, Example 7 and Example 13 in which the addition amount of the alkyldiaminetetraacetic acid is 0.005 wt%, the amount of active phosphoric acid is detected when 65 ° C.-4000 hours and 105 ° C.-2000 hours have elapsed. It has decreased to below the limit, and the effect of adding alkyldiaminetetraacetic acid cannot be sufficiently obtained. On the other hand, the amount of phosphoric acid in the electrolyte decreased to below the detection limit when 65 ° C.-4000 hours and 105 ° C.-2000 hours passed even in Example 6, Example 12 and Example 18 where the addition amount was 3.0 wt%. Therefore, it can be seen that the addition amount of alkyldiaminetetraacetic acid is preferably 0.01 to 2.0 wt%.

表3及び表4に65℃、105℃における信頼性試験の結果をそれぞれ示す。   Tables 3 and 4 show the results of reliability tests at 65 ° C. and 105 ° C., respectively.

Figure 0004582798
Figure 0004582798

Figure 0004582798
Figure 0004582798

表3においてアルキルジアミン四酢酸を添加していない従来例1〜3、アルキルジアミン四酢酸添加量0.005wt%の実施例1、実施例7、及び実施例13、アルキルジアミン四酢酸添加量3.0wt%の実施例6、実施例12、及び実施例18は試験時間4000時間以内に弁作動に至った。
また、本発明によるキレート剤ではないエチレンジアミン四酢酸やジエチレントリアミン五酢酸を添加した従来例4〜6では、試験時間4000時間以内に弁作動に至っている。
一方、アルキルジアミン四酢酸が0.01〜2.0wt%の実施例2〜5、実施例8〜11、実施例14〜17、及び実施例19〜21は試験時間4000時間においても弁作動を呈することなく良好な特性を維持している。
In Table 3, Conventional Examples 1 to 3 in which no alkyldiaminetetraacetic acid was added, Examples 1, 7 and 13 with an alkyldiaminetetraacetic acid addition amount of 0.005 wt%, and an alkyldiaminetetraacetic acid addition amount. 0 wt% of Examples 6, 12, and 18 resulted in valve actuation within 4000 hours of test time.
Moreover, in the conventional examples 4-6 which added the ethylenediaminetetraacetic acid and the diethylenetriaminepentaacetic acid which are not the chelating agent by this invention, it came to valve operation within 4000 hours of test time.
On the other hand, in Examples 2 to 5, Examples 8 to 11, Examples 14 to 17, and Examples 19 to 21 in which the alkyldiaminetetraacetic acid was 0.01 to 2.0 wt%, the valve operation was performed even at a test time of 4000 hours. Good characteristics are maintained without exhibiting.

表4においても、アルキルジアミン四酢酸を添加していない従来例1〜3、アルキルジアミン四酢酸添加量0.005wt%の実施例1、実施例7、及び実施例13、アルキルジアミン四酢酸添加量3.0wt%の実施例6、実施例12、及び実施例18は劣化反応が激しく、試験時間2000時間以内に弁作動に至るが、アルキルジアミン四酢酸が0.01〜2.0wt%の実施例2〜5、実施例8〜11、実施例14〜17、及び実施例19〜21は劣化が抑制され長寿命化の効果が得られている。
以上の結果より、アルキルジアミン四酢酸の添加量は0.01〜2.0wt%が好ましいことが分かる。
Also in Table 4, Examples 1 to 7 in which Conventional Examples 1 to 3 in which alkyldiaminetetraacetic acid is not added, alkyldiaminetetraacetic acid addition amount 0.005 wt%, alkyldiaminetetraacetic acid addition amount In Examples 6, 12 and 18 of 3.0 wt%, the deterioration reaction was severe and the valve operation was reached within a test time of 2000 hours. However, the alkyldiamine tetraacetic acid was 0.01 to 2.0 wt%. In Examples 2 to 5, Examples 8 to 11, Examples 14 to 17, and Examples 19 to 21, deterioration is suppressed and the effect of extending the life is obtained.
From the above results, it can be seen that the addition amount of alkyldiaminetetraacetic acid is preferably 0.01 to 2.0 wt%.

また、実施例21よりアルキルジアミン四酢酸の総添加量が0.01〜2.0wt%の範囲内であれば数種の炭素数が3〜7のアルキルジアミン四酢酸を併用しても同様の効果が得られる。   Moreover, if the total addition amount of alkyldiaminetetraacetic acid is within the range of 0.01 to 2.0 wt% from Example 21, the same effect may be obtained even if several types of alkyldiaminetetraacetic acid having 3 to 7 carbon atoms are used in combination. An effect is obtained.

以上のように、本発明によれば、低インピーダンスで寿命特性が良好な電解コンデンサの実用化が可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to put to practical use an electrolytic capacitor having a low impedance and good life characteristics.

なお、比較例1より溶媒中の水分量が20%未満(8.9/(8.9+79.6)=0.10)では、比抵抗160Ω・cmとなりコンデンサの低インピーダンス化の目的を果たさない。また、比較例2より溶媒中の水分量が90wt%を超える(82.0/(82.0+6.5)=0.93)と高信頼性化の効果が得られない。従って、本発明による電解液の溶媒は10〜80wt%の有機溶媒と、90〜20wt%の水とからなる混合溶媒であることが好ましい。
また、表3、4の比較例3についての結果から明らかなように、〔化1〕のn=8の場合は、試験時間4000時間において弁作動が発生するので、n=3〜7の範囲が適当である。
In addition, when the water content in the solvent is less than 20% (8.9 / (8.9 + 79.6) = 0.10) as compared with Comparative Example 1, the specific resistance is 160 Ω · cm, which does not serve the purpose of lowering the impedance of the capacitor. . Further, when the water content in the solvent exceeds 90 wt% (82.0 / (82.0 + 6.5) = 0.93) as compared with Comparative Example 2, the effect of increasing the reliability cannot be obtained. Therefore, the solvent of the electrolytic solution according to the present invention is preferably a mixed solvent composed of 10 to 80 wt% organic solvent and 90 to 20 wt% water.
Further, as is apparent from the results for Comparative Example 3 in Tables 3 and 4, when n = 8 in [Chemical Formula 1], valve operation occurs at a test time of 4000 hours, so the range of n = 3 to 7 Is appropriate.

また、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、電解コンデンサの駆動用電解液に使用される一般的な添加剤を加えた電解液についても上記実施例と同等の効果があった。   In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and an electrolytic solution in which various solutes exemplified above are dissolved alone or plurally, and a general additive used in an electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor are added. The electrolytic solution had the same effect as the above example.

Claims (6)

10〜80wt%の有機溶媒と、90〜20wt%の水とからなる混合溶媒に、カルボン酸及びカルボン酸塩から選択される少なくとも1種の電解質と、少なくとも1種のリン酸化合物と、キレート剤として下記〔化1〕で表されるアルキルジアミン四酢酸、及びその塩より選択される少なくとも1種とを含むことを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。
Figure 0004582798

〔式中のnは3〜7の整数を示す。〕
A mixed solvent composed of 10 to 80 wt% of an organic solvent and 90 to 20 wt% of water, at least one electrolyte selected from carboxylic acid and carboxylate, at least one phosphate compound, and a chelating agent As an electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor, comprising at least one selected from alkyldiaminetetraacetic acid represented by the following [Chemical Formula 1] and salts thereof.
Figure 0004582798

[N in the formula represents an integer of 3 to 7. ]
前記有機溶媒が、プロトン系溶媒と非プロトン系溶媒のうちから選択される1種以上の溶媒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。 An electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor, wherein the organic solvent is at least one solvent selected from a protonic solvent and an aprotic solvent. 前記カルボン酸及びカルボン酸塩が、ギ酸、酢酸、シュウ酸、プロピオン酸、安息香酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フマル酸、マレイン酸、フタル酸、アゼライン酸、クエン酸、並びにそれらのアンモニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、及びアミン塩からなるグループより選択されたものであることを特徴とする請求項1又は2記載の電解コンデンサの駆動用電解液。 The carboxylic acid and carboxylate are formic acid, acetic acid, oxalic acid, propionic acid, benzoic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, fumaric acid, maleic acid, phthalic acid, azelaic acid, citric acid, and 3. The electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor according to claim 1, wherein the electrolytic solution is selected from the group consisting of an ammonium salt, a sodium salt, a potassium salt, and an amine salt. 前記リン酸化合物が、オルトリン酸、亜リン酸、次亜リン酸、縮合リン酸類、リン酸エステル類及びこれらの塩からなるグループより選択されたものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電解コンデンサの駆動用電解液。 The phosphoric acid compound is selected from the group consisting of orthophosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, condensed phosphoric acids, phosphoric esters and salts thereof. The electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor according to any one of the above. 前記アルキルジアミン四酢酸またはその塩を0.01〜2.0wt%含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電解コンデンサの駆動用電解液。 5. The electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor according to claim 1, comprising 0.01 to 2.0 wt% of the alkyldiaminetetraacetic acid or a salt thereof. 使用されている駆動用電解液が、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電解コンデンサの駆動用電解液であることを特徴とする電解コンデンサ。 6. An electrolytic capacitor characterized in that the driving electrolytic solution used is the electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor according to any one of claims 1 to 5.
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