JP4589148B2

JP4589148B2 - 電解コンデンサの駆動用電解液

Info

Publication number: JP4589148B2
Application number: JP2005050171A
Authority: JP
Inventors: 晃啓松田
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: JP2006237293A

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）に関するものであり、特に電解液の耐電圧向上と、電解コンデンサの信頼性改善が可能な組成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としては、エチレングリコールを主成分とする溶媒に、安息香酸、高級二塩基酸、ホウ酸またはそのアンモニウム塩を配合し、さらに耐電圧向上を目的としてマンニトール、ソルビトール等の炭素数６程度の多価アルコール類、または、合成高分子であるポリエチレングリコールやポリビニルアルコールを添加したものが提案されている。（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、マンニトール、ソルビトール等は、電解液の耐電圧を向上させるために多量の添加が必要であり、多量に添加すると比抵抗が上昇するという問題がある。
また、平均分子量が１０００以下の比較的重合度の小さいポリエチレングリコールは、電解液に対する溶解性は高いが耐電圧向上の効果が小さい。一方、平均分子量が１０００を超えるポリエチレングリコールは、耐電圧向上の効果は高いが、電解液に対する溶解性が低く、多量に添加できないという問題点がある。
また、ポリビニルアルコールも少量の添加で電解液の耐電圧向上を図れるが、電解液に対する溶解性が著しく低いため、長時間の加熱、撹拌を必要とし、作業性にも問題がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、比抵抗の上昇を抑制しつつ、耐電圧の向上を図ることができ、かつ、溶解性にも優れた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に各種検討した結果、ジメチルアミノエチルアクリレートとプロピレンの共重合体が、ポリエチレングリコールやポリビニルアルコールよりも、エチレングリコールに対する溶解性が高く、かつ、耐電圧の向上を図ることができることを見出し、その特性を電解液に適用することにより課題の解決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有機極性溶媒に、少なくとも有機カルボン酸またはその塩と、ホウ酸またはそのアンモニウム塩と、以下の化学式で示されるジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体とを配合し、前記ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体の配合量が、電解液全体に対して０．５〜２０．０ｗｔ％であることを特徴とする。

本発明において、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体の平均分子量は、２００〜５０００であることが好ましい。平均分子量が２００未満では耐電圧向上の効果が少なく、５０００を超えると電解液の調合に時間がかかるようになる。

本発明において、有機カルボン酸としては、安息香酸、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。

さらに、有機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等を例示することができる。

また、有機極性溶媒としては、エチレングリコールの他、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、エステル類等を例示することができる。

本発明に係る電解液において、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体は、エチレングリコールを主成分とする有機極性溶媒に容易に溶解し、電解液の比抵抗の上昇を抑えながら耐電圧を向上させることができる。
また、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体は、高温でも分解しにくいので、長期信頼性に優れた電解コンデンサを提供することができる。

本発明に係る電解液は、エチレングリコールを主成分とする有機極性溶媒に、少なくとも、有機カルボン酸またはその塩と、ホウ酸またはそのアンモニウム塩と、上記の化学式で示されるジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体とを配合し、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体の配合量を電解液全体に対して０．５〜２０．０ｗｔ％にしたことを特徴とするものであり、後述するように、比抵抗の上昇を抑制しつつ、耐電圧の向上を図ることができ、かつ、溶解性にも優れている。ここで、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体の平均分子量は、２００〜５０００であることが好ましい。

本発明に係る電解液において、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体は、ジメチルアミノエチルアクリレートとプロピレンを付加重合して得られるポリマーであり、ジメチルアミノエチルアクリレートとプロピレンの共重合体の構造を持っていることにより、ジメチルアミノエチルアクリレート単独やプロピレン単独では得られなかった特性、例えば、電解液の比抵抗上昇を抑えながら耐電圧の向上を図ることができるという特性を有する。

また、平均分子量が１０００を超えるポリエチレングリコールは、溶解性が低く、数パーセントの添加が限界であったが、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体は、アルカリでｐＨ調節することにより、エチレングリコールに対する溶解性が向上し、平均分子量が３０００程度であっても容易に電解液に溶解する。
また、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体は熱に対しても分解しにくく安定であり、電解コンデンサの高温での特性の安定化を図ることができる。

以下、実施例に基づき、本発明を適用した中高圧用アルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液をより具体的に説明する。まず、表１、２に示す組成で電解液を調合した後、３０℃における電解液の比抵抗および８５℃における電解液の火花発生電圧（耐電圧）を測定した。その測定結果を表１、２に示す。
なお、表１に示す各実施例で用いたジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体の平均分子量は３０００である。また、表１に示す各従来例で用いたポリエチレングリコールおよびポリビニルアルコールの平均分子量は３０００である。

表１、２より分かるように、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体を配合した実施例２〜６、８〜１５に係る電解液は、マンニトールを多量に配合した従来例２や、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコールを配合した従来例３、５に係る電解液と比較して、比抵抗の上昇を抑えながら、耐電圧を向上させていることが分かる。
また、ポリエチレングリコールやポリビニルアルコールの量を増やした従来例４、６に係る電解液では、溶質が完全に溶解するには至らなかった。

なお、比較例１に示すように、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体の配合量は、０．５ｗｔ％未満では耐電圧向上の効果が少なく、比較例７に示すように、２０．０ｗｔ％を超えると耐電圧は向上するが、比抵抗が高くなるため、低比抵抗用途に不向きとなる。よって、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体の配合量は、０．５〜２０．０ｗｔ％の範囲が好ましい。

また、実施例４の電解液組成をベースにして、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体の平均分子量と電解液の耐電圧との関係を検討し、図１の結果を得た。

図１より分かるように、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体の平均分子量が２００未満では耐電圧向上の効果が少ないが、２００以上で耐電圧向上の効果が得られることが分かる。但し、平均分子量が５０００を超えるとジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体の粘度が高くなるため、電解液の調合に時間がかかるようになる。よって、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体の平均分子量は、２００〜５０００の範囲が好ましい。

なお、本発明による電解液に、火花発生電圧安定化のために、マンニトール、ソルビトール等の多価アルコールや、リン酸またはその塩等の無機酸類を配合してもよい。

また、本発明による電解液が含有する水分量は、低いほど好ましいが、８．０ｗｔ％以下が好ましい。なお、電解液のｐＨは、必要に応じアンモニア水等のｐＨ調整剤でｐＨ４〜８、好ましくはｐＨ５〜７に調整することが好ましい。

本発明の電解液において、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体の平均分子量と電解液の耐電圧との関係を示すグラフである。

Claims

エチレングリコールを主成分とする有機極性溶媒に、少なくとも、有機カルボン酸またはその塩と、ホウ酸またはそのアンモニウム塩と、以下の化学式で示されるジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体とを配合し、前記ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体の配合量が、電解液全体に対して０．５〜２０．０ｗｔ％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。
請求項１において、ジメチルアミノエチルアクリレート−プロピレン共重合体の平均分子量が、２００〜５０００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。