JP4699649B2 - 電解コンデンサの駆動用電解液 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、特に長期信頼性を改善した電解液に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、中高圧用アルミニウム電解コンデンサの電解液には、エチレングリコールを主成分とする溶媒に二塩基酸またはそのアンモニウム塩と、マンニトール、ソルビトール等を溶解したものが用いられており、当該電解液によりアルミニウム電解コンデンサの信頼性の維持が図られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マンニトール、ソルビトール等を加えることにより電解コンデンサの信頼性を幾分か改善させることができるが、一方で比抵抗の顕著な上昇を伴ってしまう。すなわち、電解液中のリン酸や二塩基酸とマンニトール、ソルビトール等の多価アルコール類がエステル化合物を生成し、電解コンデンサ内部の発熱等によりアミド類が発生するが、このアミド類が陽極で発生する酸素ガスによって化学反応を起こし、極度の比抵抗増大を招く物質を生成するという問題があった。
一方、上記の電解液では、陰極箔に対して、酸や水の作用による劣化を防止することができないという問題もあった。
したがって、高温下で長期にわたって使用しても、比抵抗が増大することがなく、かつ、陰極箔の劣化も抑えることができる電解液が要求されていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために検討した結果、見出されたものであり、（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体分子内のピリジン環が電気的に陽性であり、また長いエチレン鎖を有することを利用して、後述するように電圧印加時の陰極箔の保護を図ろうとするものである。すなわち、エチレングリコールを主成分とする溶媒に二塩基酸またはその塩と、（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体とを溶解し、（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体の量が０．０１〜３．０ｗｔ％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である。
【０００６】
上記の二塩基酸としては、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、マレイン酸、コハク酸、マロン酸、リンゴ酸、ピメリン酸、スベリン酸、フタル酸を例示することができる。
【０００７】
上記二塩基酸の塩としては、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酸、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。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体分子内のピリジン環は、電離度が大きいため、多量に添加しても比抵抗がそれほど増加せず、かつピリジン環の作用によって高温下で長期にわたって使用しても比抵抗の上昇が抑えられる。
また、当該重合体分子内のピリジン環が電気的に陽性であることから、電解コンデンサに電圧を印加することにより陰極付近に移動し、上記共重合体分子内のエチレン鎖が陰極箔を保護して、水、酸などの作用による箔劣化を抑えることができるので、容量変化、ｔａｎδ増加が抑制される。さらに、分子内に水酸基を有するため、水への溶解性も良い。
【０００９】
【実施例】
実施例の具体的内容について説明する。表１の組成で溶媒にエチレングリコールと水を用い、溶質としてアジピン酸アンモニウムを溶解し、添加剤としてオルトリン酸、および（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体を加えた電解液を実施例２〜１０および比較例１、１１として調合した。また、添加剤として、オルトリン酸のみを加えたものを従来例１とし、オルトリン酸およびマンニトールを加えたものを従来例２とした。これらの電解液について、初期の比抵抗と１０５℃中での比抵抗の経時変化とを比較した結果を表１に示す（測定温度：３０℃）。（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体を多量に加えたものほど、１０５℃中での経時変化が小さく、安定していることが分かる。ここで、比較例１１のように（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体の量を４．０ｗｔ％としたものは析出してしまい、実用化できないことが分かったため、１０５℃中での比抵抗の経時変化調査は行わなかった。一方、（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体を加えなかった従来例１では比抵抗の上昇を十分に抑えることができなかった。また、従来例２でマンニトールを添加しているが、これによる比抵抗上昇の防止効果は極めて小さいものであった。
【００１０】
【表１】

【００１１】
これらの電解液をアルミニウムの陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に含浸した後、アルミニウムケースに挿入し、封口ゴムで封止して、直径１０ｍｍ、長さ１２．５ｍｍ、定格電圧５０Ｖ、静電容量１５０μＦのアルミ電解コンデンサを作製しエージングを行った。これらの製品を１０５℃の恒温槽に入れ、定格電圧を印加し、一定時間ごとに取り出し、製品特性変化を調査し、表２の結果を得た。（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体を加えた実施例２〜１０の場合、従来例１、２よりｔａｎδ増加が抑えられ、容量減少も小さくなっており、添加量が増えるにつれてその効果は大きくなっていることが分かる（比較例１１は析出の問題があり、削除した）。ところが、上記の（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体を添加しない従来例および比較例の電解液は、容量減少およびｔａｎδ増加を抑えることができなかった。また、従来例２でマンニトールを添加しているが、これによる効果は極めて小さいものであった。
【００１２】
【表２】

【００１３】
ここで、（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体の溶解量は、０．０１ｗｔ％未満の０．００５ｗｔ％では電解液の比抵抗上昇、製品のｔａｎδ上昇の抑制効果が十分ではなく、また３．０ｗｔ％を超える４．０ｗｔ％では析出する問題がある。よって、（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体の溶解量は０．０１〜３．０ｗｔ％の範囲が好ましい。
【００１４】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、前述した二塩基酸または二塩基酸の塩を１種または２種以上溶解させた場合でも、（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコールによる同様の効果を得ることができる。
【００１５】
【発明の効果】
上記のとおり、本発明による（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体を添加した電解液は、高温下での比抵抗上昇が抑えられ、また陰極箔の劣化も抑えることができるので、電解コンデンサの信頼性を向上させることができる。

Claims (1)

1. エチレングリコールを主成分とする溶媒に二塩基酸またはその塩と、（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体とを溶解し、
   前記（４−ビニルピリジン）−ビニルアルコール共重合体の量が０．０１〜３．０ｗｔ％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。