JP4617529B2

JP4617529B2 - Electrolytic capacitor

Info

Publication number: JP4617529B2
Application number: JP37309199A
Authority: JP
Inventors: 隆人伊藤; 利恭吉岡
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP2001189241A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電解コンデンサは、アルミニウムなどの弁金属箔の表面積を、エッチング処理によって拡大し、誘電体層を形成して陽極とし、エッチング処理を施した同種または他の金属の箔を陰極とし、セパレータ（電解紙）を両極間に配置した構造となっている。このセパレータは、陽極箔と陰極箔がショートするのを防止すると共に、電解液を保持するものであり、クラフト紙、マニラ紙等の薄く低密度の紙が用いられている。そして、電極引き出し端子を接合した陽極箔と陰極箔をセパレータを介して重ね合わせ、巻回してコンデンサ素子を作成し、このコンデンサ素子に電解液を含浸させ、ケースに入れて封口し、再化成して電解コンデンサが製造される。
【０００３】
しかしながら、このような従来の電解コンデンサにおいては、電解液が液状であるため、長期あるいは高温で使用すると、電解液が封口材を透過して蒸発し、静電容量の低下、ｔａｎδの上昇等、特性の劣化をきたしていた。
【０００４】
そのため、上記のような液状電解液の問題点を解消する方法として、電解液をゲル化する方法が提案されている。なお、このゲル化剤としては、ゼラチン、セルロース等の天然物の他、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキシド等の合成高分子が知られている。
【０００５】
しかしながら、本発明者等が、ゲル化剤としてＰＶＡを添加した電解液を作成し、陽極箔と陰極箔をセパレータを介して重ね合わせ、巻回したコンデンサ素子にこの電解液を含浸し、ケースに封入した後に加熱して、電解液をゲル化させて電解コンデンサを作成し、その諸特性を調査したところ、静電容量が低く、ｔａｎδが高く、耐電圧の向上も見られないという結果が得られた。
【０００６】
本発明者等は、上記の現象はゲル化した電解質が誘電体皮膜へ良好な状態で密着していないことが原因であると考え、鋭意検討を重ね、特開平１０−２２３４８１号公報に示されているような電解コンデンサを提案した。すなわち、先に提案した電解コンデンサは、ＰＶＡを付着させたセパレータを介して、陰極箔及び表面に形成されたピットの径が０．１μｍ以上の陽極箔を巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子にエチレングリコールを含む電解コンデンサ用の電解液を含浸させることにより、上記の問題を解決しようとしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、スイッチング電源を使用した電子機器が一般家庭で汎用されるようになり、電解コンデンサの安全性に対する幅広い要求が高まってきている。すなわち、このようなスイッチング電源には電解コンデンサが用いられているが、供給電力が不安定な使用環境では、電解コンデンサに過電圧が印加される場合があり、このような過電圧に耐え得る、過電圧特性及び耐電圧特性の良好な、４５０Ｖを超える定格電圧を有する電解コンデンサへの要求が高まっている。
【０００８】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、耐電圧特性及び過電圧特性のさらなる向上を可能とし、４５０Ｖを超える定格電圧を有する電解コンデンサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決すべく、耐電圧特性及び過電圧特性のさらなる向上を可能とし、定格電圧が４５０Ｖを超える電解コンデンサについて鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至ったものである。
【００１０】
すなわち、本発明に係る電解コンデンサは、密度が０．６〜０．９ｇ／ｃｍ³の高密度電解紙を含む電解紙に所定量のＰＶＡを塗工してなるセパレータ、あるいは、密度が０．６〜０．９ｇ／ｃｍ³の高密度電解紙と、密度が０．６ｇ／ｃｍ³未満の低密度電解紙を重ね合わせて電解紙を構成し、前記低密度電解紙側に所定量のポリビニルアルコールを付着してなるセパレータを介して、化成電圧が６５０Ｖ以上の陽極箔と陰極箔とを重ね合わせ、巻回してコンデンサ素子を作成し、このコンデンサ素子に硼酸を含む電解液を含浸させ、ケースに入れて封口し、再化成して製造したものである。
【００１１】
また、このようにして製造した本発明に係る電解コンデンサについて、高温負荷試験及び過電圧試験を行ったところ、従来の電解コンデンサと比べて、耐電圧特性及び過電圧特性のさらなる向上を図ることができ、また、その定格電圧を４５０Ｖ以上とすることができることが判明した。以下、本発明の構成について詳述する。
【００１２】
［１．セパレータ］
セパレータを構成する電解紙としては、不織布、マニラ紙、クラフト紙、セルロース紙等が使用され、また、ガラス、合成高分子の繊維を用いることもできる。また、本発明に係るセパレータは、以下に示すように、電解紙として、密度が０．６〜０．９ｇ／ｃｍ³の高密度電解紙からなる一重紙、あるいは、密度が０．６〜０．９ｇ／ｃｍ³の高密度電解紙と密度が０．６ｇ／ｃｍ³未満の低密度電解紙を重ね合わせた二重紙を用い、これらの電解紙に所定量のＰＶＡを付着させたものである。
なお、電解紙の厚みは、２０〜１５０μｍ、好ましくは２０〜９０μｍであることが望ましい。電解紙の厚みがこの範囲より少ないと、耐電圧特性、過電圧特性が劣化し、この範囲を超えるとコンデンサのｔａｎδが上昇する。
【００１３】
（ＰＶＡ）
電解紙に付着させるＰＶＡとしては、市販のＰＶＡを用いることができ、重合度は、２００〜３５００、けん化度は、７５ｍｏｌ％の部分けん化したものから、９９．５ｍｏｌ％以上の完全けん化したものを用いることができる。なお、重合度がこの範囲より小さいと効果が減じ、この範囲を超えると、塗工性及びＰＶＡの電解液への溶解性が低下して、特性が低下する。
【００１４】
また、ＰＶＡの塗工量は、０．１〜２０ｇ／ｍ²であることが望ましい。ＰＶＡの塗工量がこの範囲より少ないと効果が減じ、この範囲を超えると、電解コンデンサのｔａｎδが上昇する。
また、電解紙にＰＶＡを付着させる方法としては、ＰＶＡ溶液にセパレータを浸漬するか、もしくはＰＶＡ溶液を塗布、散布した後に、加熱、減圧等で乾燥する方法（塗工）等を用いることができる。
【００１５】
（一重紙を用いたセパレータ）
密度が０．６〜０．９ｇ／ｃｍ³の高密度電解紙からなる電解紙に、所定量のＰＶＡを塗工することにより、本発明に係る第１のセパレータを構成することができ、この第１のセパレータを用いた電解コンデンサにおいて、耐電圧特性及び過電圧特性の向上を図ることができることが分かった。
【００１６】
（二重紙を用いたセパレータ）
上述したように、密度の高い電解紙を用いることにより、電解コンデンサの耐電圧特性及び過電圧特性の向上が図れるが、電極箔のバリによるショートを防止するためには、陽極箔と陰極箔の間にはある程度の間隔が必要である。
しかしながら、密度の高い電解紙を単独で用いた場合、電極箔の間隔を確保するためにその厚みを大きくすると、耐電圧特性及び過電圧特性は向上するものの、コンデンサのｔａｎδの低減には限界がある。
【００１７】
そこで、本発明者等がさらに検討を重ねたところ、耐電圧特性及び過電圧特性の向上を図ることができる密度の高い電解紙と、密度の低い電解紙を重ね合わせて二重紙とした電解紙に、所定量のＰＶＡを塗工することにより、本発明に係る第２のセパレータを構成することができ、この第２のセパレータを用いた電解コンデンサにおいても、耐電圧特性及び過電圧特性の向上を図ることができ、さらに、ｔａｎδの低減を図ることができることが分かった。
【００１８】
すなわち、密度が０．６〜０．９ｇ／ｃｍ³の高密度電解紙と、密度が０．６ｇ／ｃｍ³未満の低密度電解紙を重ね合わせて二重紙とし、低密度電解紙側に所定量のＰＶＡを塗工したものである。
なお、ＰＶＡを塗工するのは、高密度紙側でも低密度紙側でも良いが、ＰＶＡの塗工の容易性を考慮すると、低密度紙側に塗工することが望ましい。また、ＰＶＡを塗工した側が陽極箔と接触するように巻回しても、陰極箔と接触するように巻回しても効果は同等であった。
【００１９】
［２．陽極箔］
本発明者等は、定格電圧が４５０Ｖを超える電解コンデンサを得るため、陽極箔の化成電圧を種々変えて検討した結果、本発明のＰＶＡを塗工したセパレータを用いた場合、化成電圧が６５０Ｖ以上の陽極箔を用いた場合に、定格電圧が４５０Ｖを超える電解コンデンサを得ることができ、さらに、化成電圧が７００Ｖ以上の陽極箔を用いた場合には、定格電圧が５００Ｖを超える電解コンデンサを得ることができることが分かった。
【００２０】
本発明においては、陽極箔は以下のように作成したものを用いる。電解コンデンサ用の金属箔を酸性溶液中で通電処理して、金属箔の表面にピットを生成させ、その後に、高温の酸性溶液中での化学溶解によってピットの径を拡大させて表面積を拡大するエッチングを行う。次いで、このエッチング箔を前処理し、ほう酸、りん酸等の酸あるいはこれらの塩の水溶液中で、６５０Ｖ以上の所定の電圧に至るまで電圧を印加し、この所定の電圧に達してからはこの電圧を一定時間保持し、その後に減極処理を行い、再度電圧を印加して、金属箔に誘電体酸化皮膜を形成する。この際には、エッチングによって拡大された金属箔の表面に酸化皮膜が形成されるので、ピット内部にも酸化皮膜が形成される。したがって、酸化皮膜形成後の陽極箔のピットの径は、エッチング後の金属箔のピットの径よりも小さくなる。
なお、本発明においては、酸化皮膜形成後のピットの径が、０．１μｍ以上の陽極箔を用いることが望ましい。
【００２１】
［３．陰極箔］
本発明に用いる陰極箔は、通常の電解コンデンサに使用するアルミニウム等の金属箔であればよい。
【００２２】
［４．電解液］
電解液としては、硼酸を０．１部〜４０部含有させた電解コンデンサ駆動用電解液を用いる。硼酸の含有量がこの範囲より少ないと、ＰＶＡのゲル化が良好な状態で進行しないために耐電圧特性及び過電圧特性が低下し、この範囲を超えると、コンデンサのｔａｎδが上昇する。
なお、この電解液には、エチレングリコールを含有させても良い。電解液にエチレングリコールが含まれていると、ＰＶＡの溶解が容易になって、本発明の効果が高まるのでより好ましい。
【００２３】
また、その他の溶媒を併用してもよいことは言うまでもない。その溶媒としては、プロトン性の有機極性溶媒として、一価アルコール類（エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロブタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等）、多価アルコール類及びオキシアルコール化合物類（プロピレングリコール、グリセリン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メトキシプロピレングリコール、ジメトキシプロパノール等）などが挙げられる。
【００２４】
また、非プロトン性の有機極性溶媒としては、アミド系（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）、ラクトン類、環状アミド系（γ─ブチロラクトン、Ｎ─メチル─２─ピロリドン、エチレンカルボネイト、プロピレン─カルボネート、イソブチレンカルボネート、イソブチレンカルボネート等）、ニトリル系（アセトニトリル等）、オキシド系（ジメチルスルホキシド等）などが代表として挙げられる。
【００２５】
電解液に含まれる溶質としては、通常電解コンデンサ駆動用電解液に用いられる、酸の共役塩基をアニオン成分とする、アンモニウム塩、アミン塩、４級アンモニウム塩及び環状アミジン化合物の四級塩が挙げられる。アミン塩を構成するアミンとしては１級アミン（メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、エチレンジアミン等）、２級アミン（ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、メチルエチルアミン、ジフェニルアミン等）、３級アミン（トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリフェニルアミン、１，８─ジアザビシクロ（５，４，０）─ウンデセン─７等）が挙げられる。第４級アンモニウム塩を構成する第４級アンモニウムとしてはテトラアルキルアンモニウム（テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、メチルトリエチルアンモニウム、ジメチルジエチルアンモニウム等）、ピリジウム（１─メチルピリジウム、１─エチルピリジウム、１，３─ジエチルピリジウム等）が挙げられる。また、環状アミジン化合物の四級塩を構成するカチオンとしては、以下の化合物を四級化したカチオンが挙げられる。すなわち、イミダゾール単環化合物（１─メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、１，４─ジメチル─２─エチルイミダゾール、１─フェニルイミダゾール等のイミダゾール同族体、１−メチル−２−オキシメチルイミダゾール、１−メチル−２−オキシエチルイミダゾール等のオキシアルキル誘導体、１−メチル−４（５）−ニトロイミダゾール、１，２−ジメチル−４（５）−ニトロイミダゾール等のニトロ及びアミノ誘導体）、ベンゾイミダゾール（１−メチルベンゾイミダゾール、１−メチル−２−ベンジルベンゾイミダゾール等）、２−イミダゾリン環を有する化合物（１─メチルイミダゾリン、１，２−ジメチルイミダゾリン、１，２，４−トリメチルイミダゾリン、１，４−ジメチル−２−エチルイミダゾリン、１−メチル−２−フェニルイミダゾリン等）、テトラヒドロピリミジン環を有する化合物（１−メチル−１，４，５，６−テトラヒドロピリミジン、１，２−ジメチル−１，４，５，６−テトラヒドロピリミジン、１，８−ジアザビシクロ〔５．４．０〕ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ〔４．３．０〕ノネン等）等である。また、アニオン成分としては、カルボン酸、フェノール類、りん酸、炭酸、けい酸等の酸の共役塩基が例示される。
【００２６】
［５．電解コンデンサの製造方法］
次に、本発明の電解コンデンサの製造方法を説明する。
すなわち、陰極箔、化成電圧が６５０Ｖ以上の陽極箔、所定量のＰＶＡを付着したセパレータを規定の寸法に裁断し、陰極箔、陽極箔にはリード線を接合する。そして、陰極箔、陽極箔の間にセパレータを挟んで巻回し、コンデンサ素子を作成する。次いで、このコンデンサ素子に、硼酸を含有する電解液を含浸させ、ケース内に入れて、封口材でシールした後、高温で直流電流を印加して再化成を行う。
なお、この際に、電解液中の硼酸とＰＶＡによるゲル化が部分的に進行し、誘電体皮膜との密着性の良いゲル状電解質が得られ、耐電圧特性が向上するものと思われる。ここで、ＰＶＡのケン化度が９０ｍｏｌ％以上の場合は、さらに、耐電圧特性は向上する。
【００２７】
この部分的なゲル化の挙動は以下のように推察される。本発明によるコンデンサ素子を電解液に接触させることによって、まず、電解液が、陽極箔のピットに含浸する。そして、その後に、含浸した電解液にセパレータに付着させたＰＶＡが接触して、電解液中の硼酸とＰＶＡによるゲル化が部分的に進行し、誘電体皮膜との密着性の良いゲル状電解質が得られる。
【００２８】
また、陽極箔のピットの径が０．１μｍ以上の場合には、電解液とＰＶＡがピットの内部に浸透しやすくなるため、ピット内部に良好なゲルが形成され、これにより、静電容量、ｔａｎδともさらに良好な特性が得られると考えられる。また、このゲル状の部分と液状の電解液が混在した状態となって、電解液の粘性が高まり、誘電体皮膜との密着性の良いゲル状電解質となるため、過電圧特性も向上すると考えられる。
【００２９】
【実施例】
以下に実施例をあげて、本発明をさらに具体的に説明する。なお、実施例、比較例及び従来例の構成要件は、以下の表１に示す通りである。
【表１】

【００３０】
（実施例１）
ＰＶＡ（けん化度９８．５ｍｏｌ％、重合度２００）を１０％溶解した水溶液を、高密度電解紙からなる電解紙（クラフト紙、密度０．７０ｇ／ｃｍ³、厚み４０μｍ）に塗布し、加熱乾燥させて、ＰＶＡが付着したセパレータを得た。ＰＶＡの付着量は、５ｇ／ｍ²であった。このセパレータを陰極箔と、表面に形成されたピットの径が０．１μｍ以上である陽極箔（化成電圧は７５０Ｖ）の間に挟み、巻回して、５５０Ｖ−３００μＦのコンデンサ素子を作成した。また、エチレングリコール８８部、硼酸３部、１，６−デカンジカルボン酸９部の電解液を作成した。そして、この電解液をコンデンサ素子に含浸し、アルミニウムケースに入れてゴム封口し、次いで、８５℃で、２時間、５７５Ｖ印加して再化成してアルミニウム電解コンデンサを作成した。
【００３１】
（実施例２）
ＰＶＡ（けん化度９８．５ｍｏｌ％、重合度２００）を１０％溶解した水溶液を、高密度電解紙と低密度電解紙を貼り合わせてなる電解紙（クラフト紙、密度０．８５ｇ／ｃｍ³の高密度紙と密度０．６ｇ／ｃｍ³未満の低密度紙を抄紙工程で貼り合わせて、厚み６０μｍとしたもの）に塗布し、加熱乾燥させて、ＰＶＡが付着したセパレータを得た。ＰＶＡの付着量は、５ｇ／ｍ²であった。このセパレータを陰極箔と、表面に形成されたピットの径が０．１μｍ以上である陽極箔（化成電圧は７５０Ｖ）の間に挟み、巻回して、５５０Ｖ−３００μＦのコンデンサ素子を作成した。また、エチレングリコール８８部、硼酸３部、１，６−デカンジカルボン酸９部の電解液を作成した。そして、この電解液をコンデンサ素子に含浸し、アルミニウムケースに入れてゴム封口し、次いで、８５℃で、２時間、５７５Ｖ印加して再化成してアルミニウム電解コンデンサを作成した。
【００３２】
（比較例１）
ＰＶＡ（けん化度９８．５ｍｏｌ％、重合度２００）を１０％溶解した水溶液を実施例２で用いたと同じ電解紙に塗布し、加熱乾燥させて、ＰＶＡが付着したセパレータを得た。ＰＶＡの付着量は、５ｇ／ｍ²であった。このセパレータを陰極箔と、表面に形成されたピットの径が０．１μｍ以上である陽極箔（化成電圧は７５０Ｖ）の間に挟み、巻回して、５５０Ｖ−３００μＦのコンデンサ素子を作成した。また、エチレングリコール９１部、１，６−デカンジカルボン酸アンモニウム９部の電解液を作成した。そして、この電解液をコンデンサ素子に含浸し、アルミニウムケースに入れてゴム封口し、次いで、８５℃で、２時間、５７５Ｖ印加して再化成してアルミニウム電解コンデンサを作成した。
【００３３】
（比較例２）
ＰＶＡ（けん化度９８．５ｍｏｌ％、重合度２００）を１０％溶解した水溶液を実施例２で用いたと同じ電解紙に塗布し、加熱乾燥させて、ＰＶＡが付着したセパレータを得た。ＰＶＡの付着量は、５ｇ／ｍ²であった。このセパレータを陰極箔と、表面に形成されたピットの径が０．１μｍ以上である陽極箔（化成電圧は６３０Ｖ）の間に挟み、巻回して、５５０Ｖ−３００μＦのコンデンサ素子を作成した。また、エチレングリコール８８部、硼酸３部、１，６−デカンジカルボン酸アンモニウム９部の電解液を作成した。そして、この電解液をコンデンサ素子に含浸し、アルミニウムケースに入れてゴム封口し、次いで、８５℃で、２時間、５７５Ｖ印加して再化成してアルミニウム電解コンデンサを作成した。
【００３４】
（従来例）
クラフト紙（密度０．７５ｇ／ｃｍ³、厚み７０μｍ）からなるセパレータを陰極箔と、表面に形成されたピットの径が０．１μｍ以上である陽極箔（化成電圧は７５０Ｖ）の間に挟み、巻回して、５５０Ｖ−３００μＦのコンデンサ素子を作成した。また、エチレングリコール８５部、硼酸３部、１，６−デカンジカルボン酸９部、ＰＶＡ（けん化度９８．５ｍｏｌ％、重合度２００）３部の電解液を作成した。そして、この電解液をコンデンサ素子に含浸し、アルミニウムケースに入れてゴム封口し、次いで、８５℃で、２時間、５７５Ｖ印加して再化成してアルミニウム電解コンデンサを作成した。
【００３５】
［高温負荷試験］
これらのアルミニウム電解コンデンサに５５０Ｖを印加し、１０５℃で１０００時間の高温負荷試験を行った。その試験結果を表２に示した。試験数は２０個として、特性は２０個のコンデンサの平均値で示した。
【表２】

【００３６】
表２から明らかなように、セパレータとしてＰＶＡ塗工紙を用いると共に、化成電圧が７５０Ｖの陽極箔を用いた実施例１及び実施例２共に、初期特性、高温負荷試験共に良好な結果が得られ、定格５５０Ｖの高圧用電解コンデンサが実現されている。
【００３７】
これに対して、実施例２と同じセパレータを用い、化成電圧が７５０Ｖの陽極箔を用いているにもかかわらず、硼酸を含まない電解液を含浸した比較例１では、再化成中にショートが発生した。その理由は、比較例１においては、電解液に硼酸が添加されていないため、セパレータに塗布したＰＶＡの溶解が進まず、ＰＶＡの効果が低減されて、定格５５０Ｖの耐電圧が得られないためであると考えられる。
【００３８】
また、実施例２と同じセパレータを用い、硼酸を含む電解液を含浸しているにもかかわらず、化成電圧が６３０Ｖの陽極箔を用いた比較例２では、初期特性はほぼ良好な結果が得られたものの、高温負荷試験においては開弁に至った。その理由は、比較例２においては、高温負荷試験中に漏れ電流が増大し、ガスが発生して、コンデンサ内部の圧力が上昇し、開弁に至ったと考えられる。
【００３９】
一方、セパレータとして、ＰＶＡを塗布していないクラフト紙を用いた従来例では、化成電圧が７５０Ｖの陽極箔を用いているにもかかわらず、再化成中にショートが発生しており、５５０Ｖの耐電圧特性を得ていないことが分かる。
このように、本発明に係る実施例１及び実施例２の電解コンデンサは、定格５５０Ｖを満たした上に、過電圧特性をも満たしていることが明らかとなった。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、耐電圧特性及び過電圧特性のさらなる向上を可能とし、４５０Ｖを超える定格電圧を有する電解コンデンサを提供することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrolytic capacitor.
[0002]
[Prior art]
In the conventional electrolytic capacitor, the surface area of a valve metal foil such as aluminum is enlarged by an etching process, a dielectric layer is formed as an anode, the same or other metal foil subjected to the etching process is used as a cathode, and a separator ( Electrolytic paper) is arranged between both electrodes. This separator prevents the anode foil and the cathode foil from short-circuiting and holds the electrolytic solution, and thin and low-density paper such as kraft paper or manila paper is used. Then, an anode foil and a cathode foil joined with electrode lead terminals are overlapped with a separator and wound to create a capacitor element. The capacitor element is impregnated with an electrolytic solution, sealed in a case, and re-formed. Thus, an electrolytic capacitor is manufactured.
[0003]
However, in such a conventional electrolytic capacitor, since the electrolytic solution is in a liquid state, when used for a long time or at a high temperature, the electrolytic solution evaporates through the sealing material, the capacitance decreases, the tan δ increases, etc. The characteristics deteriorated.
[0004]
Therefore, as a method for solving the problems of the liquid electrolyte as described above, a method of gelling the electrolyte has been proposed. As this gelling agent, in addition to natural products such as gelatin and cellulose, synthetic polymers such as polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, and polyethylene oxide are known.
[0005]
However, the present inventors made an electrolytic solution with PVA added as a gelling agent, superimposed the anode foil and the cathode foil through a separator, impregnated this electrolytic solution into a wound capacitor element, After encapsulating and heating, the electrolytic solution was gelled to create an electrolytic capacitor, and its characteristics were investigated. As a result, the electrostatic capacity was low, the tan δ was high, and the withstand voltage was not improved. It was.
[0006]
The present inventors consider that the above phenomenon is caused by the fact that the gelled electrolyte is not in good contact with the dielectric film, and have made extensive studies and disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-234881. I proposed an electrolytic capacitor. That is, the previously proposed electrolytic capacitor forms a capacitor element by winding a cathode foil and an anode foil having a pit diameter of 0.1 μm or more on the surface through a separator to which PVA is adhered. The capacitor element is impregnated with an electrolytic solution for electrolytic capacitors containing ethylene glycol to solve the above problem.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, electronic devices using a switching power supply have been widely used in general households, and a wide demand for the safety of electrolytic capacitors has increased. That is, an electrolytic capacitor is used for such a switching power supply, but in a usage environment where the supplied power is unstable, an overvoltage may be applied to the electrolytic capacitor, and an overvoltage characteristic that can withstand such an overvoltage. In addition, there is an increasing demand for electrolytic capacitors having a rated voltage exceeding 450 V with good withstand voltage characteristics.
[0008]
The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art as described above, and its purpose is to enable further improvement of the withstand voltage characteristic and the overvoltage characteristic, and to provide an electrolysis having a rated voltage exceeding 450V. It is to provide a capacitor.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made it possible to further improve withstand voltage characteristics and overvoltage characteristics, and as a result of intensive studies on electrolytic capacitors having a rated voltage exceeding 450 V, the present invention has been completed. Is.
[0010]
That is, the electrolytic capacitor according to the present invention is a separator obtained by coating a predetermined amount of PVA on electrolytic paper including high-density electrolytic paper having a density of 0.6 to 0.9 g / cm ³ , or a density of 0.1. a dense electrolyte paper 6~0.9g / cm ^3, densities constitutes the electrolytic paper by superimposing a low-density electrolytic paper of less than 0.6 g / cm ^3, a predetermined amount of the low-density electrolytic paper side polyvinyl A capacitor element is formed by stacking and winding an anode foil and a cathode foil having a formation voltage of 650 V or more through a separator formed by adhering alcohol, and the capacitor element is impregnated with an electrolytic solution containing boric acid. It is manufactured by sealing and re-chemicalizing.
[0011]
In addition, the electrolytic capacitor according to the present invention thus manufactured was subjected to a high-temperature load test and an overvoltage test, and as a result, compared to the conventional electrolytic capacitor, the withstand voltage characteristic and the overvoltage characteristic can be further improved. It has also been found that the rated voltage can be set to 450 V or higher. Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail.
[0012]
[1. Separator]
As the electrolytic paper constituting the separator, non-woven fabric, manila paper, kraft paper, cellulose paper or the like can be used, and glass or synthetic polymer fibers can also be used. The separator according to the present invention, as shown below, is a single paper made of high-density electrolytic paper having a density of 0.6 to 0.9 g / cm ³ , or a density of 0.6 to 0. those dense electrolyte sheet and density of .9g / cm ³ is used a double sheet obtained by superposing a low-density electrolytic paper of less than 0.6 g / cm ^3, it was deposited a predetermined amount of PVA in these electrolytic paper is there.
The electrolytic paper has a thickness of 20 to 150 μm, preferably 20 to 90 μm. When the thickness of the electrolytic paper is less than this range, the withstand voltage characteristic and the overvoltage characteristic deteriorate, and when the thickness exceeds this range, the tan δ of the capacitor increases.
[0013]
(PVA)
Commercially available PVA can be used as the PVA to be attached to the electrolytic paper. The degree of polymerization is 200 to 3500, and the degree of saponification is from 75 mol% partially saponified to 99.5 mol% or more fully saponified. Can be used. If the degree of polymerization is less than this range, the effect is reduced, and if it exceeds this range, the coating properties and the solubility of PVA in the electrolytic solution are lowered, and the properties are lowered.
[0014]
The coating amount of PVA is preferably 0.1 to 20 g / m ² . If the coating amount of PVA is less than this range, the effect is reduced, and if it exceeds this range, tan δ of the electrolytic capacitor increases.
In addition, as a method of attaching PVA to the electrolytic paper, a method of immersing the separator in the PVA solution or applying and spraying the PVA solution and then drying by heating, decompression, etc. (coating) can be used. .
[0015]
(Separator using single paper)
By applying a predetermined amount of PVA to electrolytic paper made of high density electrolytic paper having a density of 0.6 to 0.9 g / cm ³ , the first separator according to the present invention can be configured. It has been found that the electrolytic capacitor using the first separator can improve the withstand voltage characteristic and the overvoltage characteristic.
[0016]
(Separator using double paper)
As described above, by using electrolytic paper having a high density, it is possible to improve the withstand voltage characteristics and overvoltage characteristics of the electrolytic capacitor. However, in order to prevent short-circuit due to burrs of the electrode foil, the gap between the anode foil and the cathode foil can be prevented. Requires a certain amount of spacing.
However, when electrolytic paper with a high density is used alone, increasing the thickness to ensure the distance between the electrode foils improves the withstand voltage characteristics and overvoltage characteristics, but there is a limit to reducing the tan δ of the capacitor. .
[0017]
Therefore, as a result of further studies by the present inventors, electrolytic paper having high density capable of improving withstand voltage characteristics and overvoltage characteristics and electrolytic paper having a low density superimposed on double paper In addition, by applying a predetermined amount of PVA, the second separator according to the present invention can be configured, and in an electrolytic capacitor using this second separator, the withstand voltage characteristic and the overvoltage characteristic can be improved. It has been found that tan δ can be further reduced.
[0018]
That is, the dense electrolyte sheet having a density of 0.6~0.9g / cm ^3, density of a double sheet by superposing the low-density electrolytic paper of less than 0.6 g / cm ^3, a low-density electrolytic paper side A predetermined amount of PVA is applied.
The PVA may be applied on the high-density paper side or the low-density paper side, but it is desirable to apply the PVA to the low-density paper side in consideration of the ease of application of PVA. Moreover, the effect was equivalent even if it wound so that the side which coated PVA might contact with anode foil, and it wound so that it might contact with cathode foil.
[0019]
[2. Anode foil]
In order to obtain an electrolytic capacitor having a rated voltage exceeding 450V, the present inventors have studied variously by changing the formation voltage of the anode foil. As a result, when the separator coated with the PVA of the present invention is used, the formation voltage is 650V or more. When the anode foil is used, an electrolytic capacitor having a rated voltage exceeding 450V can be obtained. Further, when an anode foil having a formation voltage of 700V or more is used, an electrolytic capacitor having a rated voltage exceeding 500V is obtained. I found out that I could do it.
[0020]
In the present invention, the anode foil prepared as follows is used. The metal foil for electrolytic capacitors is energized in an acidic solution to generate pits on the surface of the metal foil, and then the pit diameter is expanded by chemical dissolution in a hot acidic solution to increase the surface area. Etching is performed. Next, this etching foil is pretreated, and a voltage is applied in an aqueous solution of acids such as boric acid and phosphoric acid or salts thereof until reaching a predetermined voltage of 650 V or higher. The voltage is held for a certain period of time, followed by depolarization treatment, and the voltage is applied again to form a dielectric oxide film on the metal foil. At this time, since an oxide film is formed on the surface of the metal foil enlarged by etching, an oxide film is also formed inside the pit. Therefore, the pit diameter of the anode foil after forming the oxide film is smaller than the pit diameter of the metal foil after etching.
In the present invention, it is desirable to use an anode foil having a pit diameter of 0.1 μm or more after forming the oxide film.
[0021]
[3. Cathode foil]
The cathode foil used for this invention should just be metal foils, such as aluminum used for a normal electrolytic capacitor.
[0022]
[4. Electrolyte]
As the electrolytic solution, an electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor containing 0.1 to 40 parts of boric acid is used. When the content of boric acid is less than this range, the PVA gelation does not proceed in a good state, and therefore the withstand voltage characteristic and the overvoltage characteristic are deteriorated. When the content exceeds this range, tan δ of the capacitor is increased.
In addition, you may contain ethylene glycol in this electrolyte solution. It is more preferable that ethylene glycol is contained in the electrolytic solution because PVA is easily dissolved and the effects of the present invention are enhanced.
[0023]
Needless to say, other solvents may be used in combination. As the solvent, as a protic organic polar solvent, monohydric alcohols (ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, cyclobutanol, cyclopentanol, cyclohexanol, benzyl alcohol, etc.), polyhydric alcohols and oxy Examples include alcohol compounds (propylene glycol, glycerin, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, methoxypropylene glycol, dimethoxypropanol, etc.).
[0024]
Examples of aprotic organic polar solvents include amides (N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N-ethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide). N-ethylacetamide, N, N-diethylacetamide, hexamethylphosphoric amide, etc.), lactones, cyclic amides (γ-butyrolactone, N-methyl-2-pyrrolidone, ethylene carbonate, propylene carbonate, isobutylene carbonate Nate, isobutylene carbonate, etc.), nitriles (acetonitrile, etc.), oxides (dimethyl sulfoxide, etc.) and the like are representative.
[0025]
Examples of the solute contained in the electrolytic solution include ammonium salts, amine salts, quaternary ammonium salts, and quaternary salts of cyclic amidine compounds, which use an acid conjugate base as an anion component, which is usually used in electrolytic solutions for driving electrolytic capacitors. It is done. As amines constituting the amine salt, primary amines (methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, ethylenediamine, etc.), secondary amines (dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, methylethylamine, diphenylamine, etc.), tertiary amines ( Trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, triphenylamine, 1,8-diazabicyclo (5,4,0) -undecene-7, etc.). The quaternary ammonium constituting the quaternary ammonium salt includes tetraalkylammonium (tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, methyltriethylammonium, dimethyldiethylammonium, etc.), pyridium (1-methylpyridium) 1-ethylpyridium, 1,3-diethylpyridium, etc.). Examples of the cation constituting the quaternary salt of the cyclic amidine compound include cations obtained by quaternizing the following compounds. That is, imidazole monocyclic compounds (1-methylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 1,4-dimethyl-2-ethylimidazole, imidazole homologues such as 1-phenylimidazole, 1-methyl-2-oxymethylimidazole, Oxyalkyl derivatives such as 1-methyl-2-oxyethylimidazole, nitro and amino derivatives such as 1-methyl-4 (5) -nitroimidazole, 1,2-dimethyl-4 (5) -nitroimidazole), benzimidazole (1-methylbenzimidazole, 1-methyl-2-benzylbenzimidazole, etc.), compounds having a 2-imidazoline ring (1-methylimidazoline, 1,2-dimethylimidazoline, 1,2,4-trimethylimidazoline, 1, 4-Dimethyl-2-ethylimidazoline 1-methyl-2-phenylimidazoline and the like), compounds having a tetrahydropyrimidine ring (1-methyl-1,4,5,6-tetrahydropyrimidine, 1,2-dimethyl-1,4,5,6-tetrahydropyrimidine, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undecene-7, 1,5-diazabicyclo [4.3.0] nonene, etc.). Examples of the anion component include conjugated bases of acids such as carboxylic acids, phenols, phosphoric acid, carbonic acid, and silicic acid.
[0026]
[5. Method for manufacturing electrolytic capacitor]
Next, the manufacturing method of the electrolytic capacitor of this invention is demonstrated.
That is, a cathode foil, an anode foil having a formation voltage of 650 V or more, and a separator having a predetermined amount of PVA attached thereto are cut into specified dimensions, and lead wires are joined to the cathode foil and the anode foil. Then, a separator is sandwiched between the cathode foil and the anode foil and wound to form a capacitor element. Next, the capacitor element is impregnated with an electrolytic solution containing boric acid, put in a case, sealed with a sealing material, and then re-formed by applying a direct current at a high temperature.
At this time, gelation by boric acid and PVA in the electrolytic solution partially proceeds, and a gel electrolyte having good adhesion to the dielectric film is obtained, and it is considered that the withstand voltage characteristic is improved. Here, when the saponification degree of PVA is 90 mol% or more, the withstand voltage characteristic is further improved.
[0027]
This partial gelation behavior is inferred as follows. First, the electrolytic solution impregnates the pits of the anode foil by bringing the capacitor element according to the present invention into contact with the electrolytic solution. After that, the PVA adhered to the separator contacts the impregnated electrolytic solution, and gelation by the boric acid and PVA in the electrolytic solution partially proceeds, and the gel electrolyte having good adhesion with the dielectric film. Is obtained.
[0028]
Further, when the pit diameter of the anode foil is 0.1 μm or more, the electrolyte and PVA easily penetrate into the pit, so that a good gel is formed inside the pit. It is considered that even better characteristics can be obtained with tan δ. In addition, since the gel-like portion and the liquid electrolyte are mixed, the viscosity of the electrolyte is increased and the gel electrolyte having good adhesion to the dielectric film is obtained. .
[0029]
【Example】
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. In addition, the component of an Example, a comparative example, and a prior art example is as showing in the following Table 1.
[Table 1]

[0030]
Example 1
An aqueous solution in which 10% of PVA (saponification degree: 98.5 mol%, polymerization degree: 200) is dissolved is applied to electrolytic paper (kraft paper, density 0.70 g / cm ³ , thickness 40 μm) made of high-density electrolytic paper, and dried by heating. To obtain a separator with PVA adhered thereto. The adhesion amount of PVA was 5 g / m ² . This separator was sandwiched between a cathode foil and an anode foil having a pit diameter of 0.1 μm or more formed on the surface (forming voltage is 750 V) and wound to form a capacitor element of 550 V to 300 μF. Further, an electrolytic solution of 88 parts of ethylene glycol, 3 parts of boric acid, and 9 parts of 1,6-decanedicarboxylic acid was prepared. Then, this electrolytic solution was impregnated into a capacitor element, put in an aluminum case and sealed with rubber, and then re-formed by applying 575 V at 85 ° C. for 2 hours to produce an aluminum electrolytic capacitor.
[0031]
(Example 2)
Electrolytic paper (kraft paper, high density of 0.85 g / cm ³ ) obtained by laminating an aqueous solution in which 10% PVA (saponification degree: 98.5 mol%, polymerization degree: 200) is dissolved together with high-density electrolytic paper and low-density electrolytic paper Density paper and low density paper having a density of less than 0.6 g / cm ³ were applied to each other in a paper making process to give a thickness of 60 μm, and dried by heating to obtain a separator to which PVA was adhered. The adhesion amount of PVA was 5 g / m ² . This separator was sandwiched between a cathode foil and an anode foil having a pit diameter of 0.1 μm or more formed on the surface (forming voltage is 750 V) and wound to form a capacitor element of 550 V to 300 μF. Further, an electrolytic solution of 88 parts of ethylene glycol, 3 parts of boric acid, and 9 parts of 1,6-decanedicarboxylic acid was prepared. Then, this electrolytic solution was impregnated into a capacitor element, put in an aluminum case and sealed with rubber, and then re-formed by applying 575 V at 85 ° C. for 2 hours to produce an aluminum electrolytic capacitor.
[0032]
(Comparative Example 1)
An aqueous solution in which 10% of PVA (saponification degree: 98.5 mol%, polymerization degree: 200) was dissolved was applied to the same electrolytic paper as used in Example 2 and dried by heating to obtain a separator to which PVA was adhered. The adhesion amount of PVA was 5 g / m ² . This separator was sandwiched between a cathode foil and an anode foil having a pit diameter of 0.1 μm or more formed on the surface (forming voltage is 750 V) and wound to form a capacitor element of 550 V to 300 μF. In addition, an electrolytic solution of 91 parts of ethylene glycol and 9 parts of ammonium 1,6-decanedicarboxylate was prepared. Then, this electrolytic solution was impregnated into a capacitor element, put in an aluminum case and sealed with rubber, and then re-formed by applying 575 V at 85 ° C. for 2 hours to produce an aluminum electrolytic capacitor.
[0033]
(Comparative Example 2)
An aqueous solution in which 10% of PVA (saponification degree: 98.5 mol%, polymerization degree: 200) was dissolved was applied to the same electrolytic paper as used in Example 2 and dried by heating to obtain a separator to which PVA was adhered. The adhesion amount of PVA was 5 g / m ² . This separator was sandwiched between a cathode foil and an anode foil having a pit diameter of 0.1 μm or more formed on the surface (forming voltage is 630 V) and wound to produce a capacitor element of 550 V to 300 μF. Further, an electrolytic solution of 88 parts of ethylene glycol, 3 parts of boric acid, and 9 parts of 1,6-decanedicarboxylic acid ammonium was prepared. Then, this electrolytic solution was impregnated into a capacitor element, put in an aluminum case and sealed with rubber, and then re-formed by applying 575 V at 85 ° C. for 2 hours to produce an aluminum electrolytic capacitor.
[0034]
(Conventional example)
A separator made of kraft paper (density 0.75 g / cm ³ , thickness 70 μm) is sandwiched between a cathode foil and an anode foil (forming voltage is 750 V) with a pit diameter of 0.1 μm or more formed on the surface, A capacitor element of 550 V-300 μF was produced by winding. Further, an electrolytic solution of 85 parts of ethylene glycol, 3 parts of boric acid, 9 parts of 1,6-decanedicarboxylic acid, and 3 parts of PVA (saponification degree: 98.5 mol%, polymerization degree: 200) was prepared. Then, this electrolytic solution was impregnated into a capacitor element, put in an aluminum case and sealed with rubber, and then re-formed by applying 575 V at 85 ° C. for 2 hours to produce an aluminum electrolytic capacitor.
[0035]
[High temperature load test]
A 550 V voltage was applied to these aluminum electrolytic capacitors, and a high temperature load test was performed at 105 ° C. for 1000 hours. The test results are shown in Table 2. The number of tests is 20, and the characteristics are shown as average values of 20 capacitors.
[Table 2]

[0036]
As is clear from Table 2, both the initial characteristics and the high-temperature load test gave good results in both Example 1 and Example 2 using PVA coated paper as a separator and using an anode foil with a conversion voltage of 750 V. A high-voltage electrolytic capacitor rated at 550 V has been realized.
[0037]
On the other hand, in Comparative Example 1 in which the same separator as in Example 2 and an anode foil having a formation voltage of 750 V was used, a short circuit occurred during re-formation in the case of impregnating an electrolytic solution not containing boric acid. Occurred. The reason for this is that in Comparative Example 1, boric acid is not added to the electrolytic solution, so the dissolution of PVA applied to the separator does not proceed, the effect of PVA is reduced, and a withstand voltage of 550 V cannot be obtained. It is thought that.
[0038]
Moreover, although the same separator as Example 2 was used and the electrolytic solution containing boric acid was impregnated, in Comparative Example 2 using an anode foil having a formation voltage of 630 V, the initial characteristics were almost excellent. However, the valve was opened in the high temperature load test. The reason is that in Comparative Example 2, the leakage current increased during the high temperature load test, gas was generated, the pressure inside the capacitor increased, and the valve was opened.
[0039]
On the other hand, in the conventional example using kraft paper to which PVA is not applied as a separator, a short circuit occurred during re-forming even though an anode foil having a conversion voltage of 750 V was used. It can be seen that the voltage characteristics are not obtained.
Thus, it became clear that the electrolytic capacitors of Example 1 and Example 2 according to the present invention satisfy the rating 550V and also satisfy the overvoltage characteristics.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to further improve the withstand voltage characteristics and the overvoltage characteristics, and to provide an electrolytic capacitor having a rated voltage exceeding 450V.

Claims

Density constitutes a dense electrolyte paper 0.6~0.9g / cm ^3, an electrolytic paper density superimposed low density electrolytic paper fewer than the 0.6 g / cm ^3, the low-density electrolytic paper side A capacitor element is formed by superposing and winding an anode foil and a cathode foil having a formation voltage of 650 V or more through a separator formed by adhering a predetermined amount of polyvinyl alcohol to an electrolytic solution containing boric acid in the capacitor element. Electrolytic capacitor characterized by impregnating with.

The electrolytic capacitor according to claim 1 , wherein the amount of polyvinyl alcohol attached to the electrolytic paper is 0.1 to 20 g / m ² .

The electrolytic capacitor according to claim 1 , wherein the degree of polymerization of polyvinyl alcohol attached to the electrolytic paper is 200 to 3500.

The electrolytic capacitor according to claim 1 , wherein the electrolytic paper has a thickness of 20 to 150 μm.

2. The electrolytic capacitor according to claim 1 , wherein a content of boric acid in the electrolytic solution is 0.1 to 40 parts.

2. The electrolytic capacitor according to claim 1 , wherein a diameter of a pit formed on the surface of the anode foil is 0.1 μm or more.