JP4641454B2 - 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、電解液と称す）の改良に関するものであり、特に高温無負荷時の漏れ電流を改善した電解液に関するものである。

近年のアルミニウム電解コンデンサの小型化に伴い、アルミニウム電解コンデンサの陽極箔にはエッチング倍率の高いものが使用されるようになり、比抵抗の低い電解液が要求されている。従来、中高圧用アルミニウム電解コンデンサの電解液などには、エチレングリコールを主溶媒とし、有機カルボン酸やホウ酸またはそのアンモニウム塩などを配合し、さらに、電解液の耐電圧を上昇させるためにマンニトール、ソルビトール等の多価アルコールを添加した電解液が提案されている（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、低比抵抗の電解液を得るには、電解質の濃度を高くするか、水を多量に混合しなければならないが、電解質濃度を高めた場合には電解質の析出や耐電圧低下が起こり、水を多量に混合した場合はアルミニウム電解コンデンサを高温下で無負荷放置したときに漏れ電流が著しく増大する。このため、電解液を低比抵抗化し、かつ、高温無負荷時の漏れ電流の増大が小さなアルミニウム電解コンデンサを実現できていないのが現状である。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、水を添加して低比抵抗化を図ったときでも高温無負荷時の漏れ電流の増大を抑制可能な電解液を提供することにある。

本発明は上記課題を解決するため、種々検討した結果発見したものであり、１，４−ジオキサン−２，３−ジオールに着目し、その特性を電解液に適用しようとするものである。

すなわち、本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液では、少なくともエチレングリコールと水とを含む混合溶媒に対して、少なくとも、有機カルボン酸またはその塩と、以下の化学式で示される１，４−ジオキサン−２，３−ジオールとが配合され、前記１，４−ジオキサン−２，３−ジオールの配合量が、電解液全体に対して０．１〜１０．０ｗｔ％であり、水の配合量が、電解液全体に対して２．０〜７０．０ｗｔ％であることを特徴とする。

本発明において、上記の有機カルボン酸としては、ポリカルボン酸であるアゼライン酸、２−メチルアゼライン酸、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。
また、アルミニウム電解コンデンサの定格電圧、すなわち、低圧や中圧の場合には、有機カルボン酸として、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、チオジプロピオン酸などを用い、オキシカルボン酸として、グリコール酸、乳酸、酒石酸、サリチル酸、マンデル酸などを用い、モノカルボン酸として、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、アクリル酸、メタクリル酸、オレイン酸、安息香酸、ｐ−ニトロ安息香酸、アニス酸、クミン酸、ケイ皮酸、ナフトエ酸などを用いてもよい。
さらに、ボロジシュウ酸、ボロジグリコール酸、ボロジサリチル酸、エチレングリコールホウ酸エステルなどを併用してもよい。

また、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、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）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等の四級アンモニウム塩等を例示することができる。

さらに、本発明に係る電解液には、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およ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。

本発明に係る電解液には、１，４−ジオキサン−２，３−ジオールが配合されているため、水を含む溶媒を用いて低比抵抗化を図った場合でも、高温無負荷時の漏れ電流の増大を抑制することができ、アルミニウム電解コンデンサの信頼性を向上することができる。
また、低比抵抗化を図る場合でも電解質濃度を高める必要がないので、耐電圧が高い。
さらに、１，４−ジオキサン−２，３−ジオールは、エチレングリコールと水との混合溶媒に容易に溶解するため、析出などの問題がない。

本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液では、少なくともエチレングリコールと水とを含む混合溶媒に対して、少なくとも、有機カルボン酸またはその塩と、１，４−ジオキサン−２，３−ジオールとが配合されている。
このため、水を含む溶媒を用いて低比抵抗化を図った場合でも、高温無負荷時の漏れ電流の増大を抑制でき、アルミニウム電解コンデンサの信頼性を向上することができる。
その理由は、１，４−ジオキサン−２，３−ジオールが電極箔表面に吸着して電極箔を保護するため、水の配合量が高くても、１０５℃という高温下での水と電極箔との水和反応を抑制するためと考えられる。

以下、実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。まず、表１に示す組成で電解液を調合した後、３０℃における比抵抗を測定した。その結果を表１に示す。

表１に示す電解液を使用して、まず、従来例１〜３および実施例２、３、５〜９、１２〜１４、比較例１、４、１０、１１として、定格４００Ｖ−２２μＦ（φ１６×２５ｍｍＬ）のアルミニウム電解コンデンサを各１０個作製し、ｔａｎδ、漏れ電流について初期特性測定後、高温無負荷試験（１０５℃、１０００時間放置）を行い、試験後のｔａｎδ、漏れ電流を測定した。その結果を表２に示す。

また、表１に示す電解液を使用して、従来例４および実施例１５、１６、比較例１７、１８として、定格６．３Ｖ−１５００μＦ（φ１０×１２．５ｍｍＬ）のアルミニウム電解コンデンサを各１０個作製し、ｔａｎδ、漏れ電流について初期特性測定後、高温無負荷試験（１０５℃、１０００時間放置）を行い、試験後のｔａｎδ、漏れ電流を測定した。その結果を表３に示す。

表２より明らかなように、本発明の実施例２、３、５〜９、１２に係る電解液を用いたアルミニウム電解コンデンサは、水を配合して電解液の低比抵抗化を図った割には、高温無負荷試験における漏れ電流の増加が小さい。より具体的には、水分配合量が等しいもの、例えば水の配合量が５ｗｔ％の従来例２と実施例２，３，５，７，９とを比較すると、１，４−ジオキサン−２，３−ジオールを配合した実施例２，３，５，７，９に係る電解液を用いたアルミニウム電解コンデンサの方が、高温負荷試験、高温無負荷試験において、漏れ電流の増大が抑制され、優れた特性を示している。

但し、１，４−ジオキサン−２，３−ジオールの配合量が０．１ｗｔ％未満（比較例１）では、漏れ電流の増大を抑制する効果が十分でなく、また、配合量が１０．０ｗｔ％を越える（比較例４）と、比抵抗が上昇するので、低比抵抗用途に不向きである。よって、１，４−ジオキサン−２，３−ジオールの配合量は、０．１〜１０．０ｗｔ％の範囲が好ましい。また、水分の配合量が２．０ｗｔ％未満（比較例１１）では比抵抗が高い。

また、このような効果は、有機カルボン酸としてセバシン酸アンモニウムを用いた場合（実施例１３）や、アゼライン酸アンモニウムを用いた場合（実施例１４）でも、同様である。

表３より明らかなように、本発明の実施例１５〜１６に係る電解液を用いたアルミニウム電解コンデンサは、水を配合して電解液の低比抵抗化を図った割には、高温無負荷試験における漏れ電流の増大が小さい。但し、水分配合量が７０．０ｗｔ％以下（実施例１５〜１６）では、漏れ電流の増大を抑制する効果が顕著であるが、水分の配合量が７５．０ｗｔ％（比較例１７）では、漏れ電流が増大する傾向にある。よって、水分の配合量は２．０〜７０．０ｗｔ％が好ましい。

なお、１，４−ジオキサン−２，３−ジオールを配合した効果は、上記実施例に限定されるものではなく、先に記載した有機カルボン酸やその塩を単独または複数配合した電解液に用いても同等の効果があった。

Claims (1)

1. 少なくともエチレングリコールと水とを含む混合溶媒に対して、少なくとも、有機カルボン酸またはその塩と、以下の化学式で示される１，４−ジオキサン−２，３−ジオールとが配合され、
   前記１，４−ジオキサン−２，３−ジオールの配合量が、電解液全体に対して０．１〜１０．０ｗｔ％であり、
   水の配合量が、電解液全体に対して２．０〜７０．０ｗｔ％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。