JP4752707B2 - Electrolytic solution for electrolytic capacitors - Google Patents
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Description
この発明は電解コンデンサ用電解液、特に低比抵抗特性を有する電解コンデンサ用電解液に関する。 The present invention relates to an electrolytic solution for electrolytic capacitors, and more particularly to an electrolytic solution for electrolytic capacitors having low specific resistance characteristics.
電解コンデンサは、一般的には帯状の高純度のアルミニウム箔に、化学的あるいは電気化学的にエッチング処理を施して、アルミニウム箔表面を拡大させるとともに、このアルミニウム箔をホウ酸アンモニウム水溶液等の化成液中にて化成処理して表面に酸化皮膜層を形成させた陽極電極箔と、エッチング処理のみを施した高純度のアルミニウム箔からなる陰極電極箔とを、マニラ紙等からなるセパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形成する。そして、このコンデンサ素子は、電解コンデンサ駆動用の電解液を含浸した後、アルミニウム等からなる有底筒状の外装ケースに収納する。外装ケースの開口部には弾性ゴムからなる封口体を装着し、絞り加工により外装ケースを密封している。 An electrolytic capacitor is generally a strip-like high-purity aluminum foil that is chemically or electrochemically etched to enlarge the surface of the aluminum foil, and this aluminum foil is converted into a chemical conversion solution such as an ammonium borate aqueous solution. Anode electrode foil formed by chemical conversion treatment inside to form an oxide film layer on the surface, and a cathode electrode foil made of high-purity aluminum foil subjected only to etching treatment are wound through a separator made of manila paper or the like. Turn to form a capacitor element. The capacitor element is impregnated with an electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor, and then stored in a bottomed cylindrical outer case made of aluminum or the like. A sealing body made of elastic rubber is attached to the opening of the outer case, and the outer case is sealed by drawing.
ここで、コンデンサ素子に含浸される高電導率を有する電解コンデンサ駆動用の電解液として、γ−ブチロラクトンを主溶媒とし、溶質として環状アミジン化合物を四級化したカチオンであるイミダゾリニウムカチオンやイミダゾリウムカチオンを、カチオン成分とし、酸の共役塩基をアニオン成分とした塩を溶解させたものが用いられている(特許文献1及び特許文献2参照)。この電解液は導電率には優れるものの耐電圧に乏しく、高導電率特性を有しさらに耐電圧も高い電解液用溶質としてボロジグリコール酸が提案されている(特許文献3)。 Here, as an electrolytic solution for driving an electrolytic capacitor having high conductivity impregnated in the capacitor element, γ-butyrolactone is a main solvent, and imidazolinium cation or imidazole, which are cations obtained by quaternizing a cyclic amidine compound as a solute. A solution in which a salt having a cation component as a cation component and an acid conjugate base as an anion component is dissolved is used (see Patent Documents 1 and 2). Although this electrolytic solution has excellent electrical conductivity, it has poor withstand voltage, and borodiglycolic acid has been proposed as a solute for electrolytic solution having high conductivity characteristics and high withstand voltage (Patent Document 3).
このボロジグリコール酸を用いた電解液は耐電圧は高いものの、漏れ電流が高いという問題点を有していた。 Although the electrolytic solution using this borodiglycolic acid has a high withstand voltage, it has a problem of high leakage current.
そこで、本発明は、低比抵抗特性を有し、さらに耐電圧が高く、漏れ電流も低い電解コンデンサ用電解液を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrolytic solution for an electrolytic capacitor having low specific resistance characteristics, a high withstand voltage, and a low leakage current.
本発明の電解コンデンサ用電解液は、溶質としてボロジグリコール酸三級アミン塩を用い、0.4〜1.0wt%の水と、ヒドロキシカルボン酸またはその誘導体またはそれらの塩と、亜硫酸基または過硫酸基を含む化合物から選ばれる一種または二種以上とを添加したことを特徴とする。 The electrolytic solution for electrolytic capacitors of the present invention uses a borodiglycolic acid tertiary amine salt as a solute, 0.4 to 1.0 wt% of water, hydroxycarboxylic acid or a derivative thereof or a salt thereof, a sulfite group or One or more selected from compounds containing a persulfate group are added.
そして、溶媒としてγ-ブチロラクトンを用いたことを特徴とする。 And, γ-butyrolactone is used as a solvent.
また、前記電解液において、溶媒中90wt%以下のスルホラン、3−メチルスルホランまたは2,4−ジメチルスルホランを含有することを特徴とする。 Further, the electrolytic solution contains 90 wt% or less of sulfolane, 3-methylsulfolane, or 2,4-dimethylsulfolane in the solvent.
本発明者らは、ボロジグリコール酸を用いた電解液の漏れ電流が高い原因について、この電解液の火花電圧について電圧の立ち上がりに時間がかかることに注目した。すなわち、V−t特性を測定してみると50V程度までは立ち上がるもののその後の立ち上がりは悪い。つまり、コンデンサ製造時に化成はされるが、その後の化成皮膜溶解、再化成反応の反応性が悪く、したがって耐電圧は高いが漏れ電流が高くなると推察した。そこで、この立ち上がりを改善すべく検討した結果、0.4〜3.0wt%の水を含み、ヒドロキシカルボン酸またはその誘導体またはそれらの塩と、亜硫酸基または過硫酸基を含む化合物から選ばれる一種または二種以上とを添加することによって、火花電圧の立ち上がりが高くなることが判明した。すなわち、電解液に存在する水によって電極箔の化成反応がおこり、ヒドロキシカルボン酸またはその誘導体またはそれらの塩と、亜硫酸基または過硫酸基を含む化合物から選ばれる一種または二種以上とによってその反応が促進されて、電解液の化成性が向上して、火花電圧の立ち上がりが早くなり、その結果、漏れ電流が低減するものと思われる。 The inventors of the present invention have focused on the cause of the high leakage current of the electrolytic solution using borodiglycolic acid, and that it takes time to rise in the spark voltage of the electrolytic solution. That is, when the Vt characteristic is measured, the voltage rises up to about 50 V, but the subsequent rise is bad. That is, although it is formed at the time of capacitor production, it was assumed that the subsequent chemical film dissolution and re-reaction reaction were poor, and therefore the withstand voltage was high but the leakage current was high. Therefore, as a result of studying to improve the rise, as a result, 0.4 to 3.0 wt% of water is selected, which is selected from hydroxycarboxylic acid or a derivative thereof or a salt thereof, and a compound containing a sulfite group or a persulfate group. Or it became clear that the rise of a spark voltage became high by adding 2 or more types. That is, a chemical reaction of the electrode foil occurs due to water present in the electrolytic solution, and the reaction is caused by hydroxycarboxylic acid or a derivative thereof or a salt thereof and one or more selected from compounds containing a sulfite group or a persulfate group. Is promoted, the chemical conversion of the electrolyte is improved, the rise of the spark voltage is accelerated, and as a result, the leakage current is considered to be reduced.
本発明の電解コンデンサ用電解液は、溶質としてボロジグリコール酸三級アミン塩、溶媒、0.4〜1.0wt%の水を含み、ヒドロキシカルボン酸またはその誘導体またはそれらの塩と、亜硫酸基または過硫酸基を含む化合物から選ばれる一種または二種以上とを添加したことを特徴としている。水の添加量は、0.4〜3.0wt%であるが、このましくは0.4〜2.0wt%、さらにこのましくは0.5〜0.8wt%である。この範囲未満では効果が少なく、この範囲を越えるとボロジグリコール酸の加水分解によるものと思われるが、ESRが上昇する。 The electrolytic solution for an electrolytic capacitor of the present invention contains a borodiglycolic acid tertiary amine salt as a solute, a solvent, 0.4 to 1.0 wt% of water, a hydroxycarboxylic acid or a derivative thereof or a salt thereof, and a sulfite group. or it is characterized in that the addition of the one or more selected from compounds containing persulfate group. The amount of water added is 0.4 to 3.0 wt%, preferably 0.4 to 2.0 wt%, and more preferably 0.5 to 0.8 wt%. If it is less than this range, the effect is small, and if it exceeds this range, it seems to be due to hydrolysis of borodiglycolic acid, but ESR increases.
ヒドロキシカルボン酸としては、グリコール酸、乳酸、2−ヒドロキシ酪酸、サリチル酸 、ヒドロキシマロン酸、リンゴ酸、α−メチルリンゴ酸、酒石酸、クエン酸、γ−レゾルシル酸 、β−レゾルシル酸 、ヒドロキシフタル酸、ジヒドロキシフタル酸を挙げることができる。 As hydroxycarboxylic acid, glycolic acid, lactic acid, 2-hydroxybutyric acid, salicylic acid, hydroxymalonic acid, malic acid, α-methylmalic acid, tartaric acid, citric acid, γ-resorcylic acid, β-resorcylic acid, hydroxyphthalic acid, Mention may be made of dihydroxyphthalic acid.
亜硫酸基または過硫酸基を含む化合物としては、亜硫酸、亜硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸アンモニウム等を挙げることができる。 Examples of the compound containing a sulfite group or a persulfate group include sulfite, ammonium sulfite, and ammonium peroxodisulfate.
これらの添加剤の添加量は0.1〜3wt%、好ましくは0.3〜2wt%である。この範囲未満では化成性向上効果が低下し、この範囲を越えると比抵抗増大、pHの低下によって化成性が低下する。 。 The additive amount of these additives is 0.1 to 3 wt%, preferably 0.3 to 2 wt%. If the amount is less than this range, the effect of improving the chemical conversion property is lowered. .
そして、本発明の電解液におけるボロジグリコール酸の添加量は、10〜50wt%、好ましくは20〜30wt%である。この範囲未満では比抵抗が上昇し、この範囲を越えると耐電圧が低下する。 。 And the addition amount of the borodiglycolic acid in the electrolyte solution of this invention is 10-50 wt%, Preferably it is 20-30 wt%. If it is less than this range, the specific resistance will increase, and if it exceeds this range, the withstand voltage will decrease. .
本発明の電解液に用いる溶媒としては、プロトン性極性溶媒、非プロトン性溶媒、及びこれらの混合物を用いることができる。プロトン性極性溶媒としては、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)、多価アルコール類およびオキシアルコール化合物類(エチレングリコール、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。また、非プロトン性の極性溶媒としては、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(γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−バレロラクトン等)、スルホ ラン系(スルホ ラン、3−メチルスルホ ラン、2,4−ジメチルスルホ ラン等)、環状アミド系(N─メチル─2─ピロリドン等)、カーボネイト類(エチレンカーボネイト、プロピレンカーボネイト、イソブチレンカーボネイト等)、ニトリル系(アセトニトリル等)、スルホ キシド系(ジメチルスルホ キシド等)、2−イミダゾリジノン系〔1,3−ジアルキル−2−イミダゾリジノン(1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジエチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジ(n−プロピル)−2−イミダゾリジノン等)、1,3,4−トリアルキル−2−イミダゾリジノン(1,3,4−トリメチル−2−イミダゾリジノン等)〕などが代表として、挙げられる。なかでも、γ−ブチロラクトンを用いるとインピーダンス特性が向上するので好ましく、スルホ ラン、3−メチルスルホ ラン、または2,4−ジメチルスルホ ランを用いると高温特性が向上するので好ましい。γ-ブチロラクトンの溶媒中の含有率は、10〜100wt%、好ましくは30〜100wt%である。この範囲未満では比抵抗が上昇する。 As the solvent used in the electrolytic solution of the present invention, a protic polar solvent, an aprotic solvent, and a mixture thereof can be used. Protic polar solvents include monohydric alcohols (ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, cyclobutanol, cyclopentanol, cyclohexanol, benzyl alcohol, etc.), polyhydric alcohols and oxyalcohol compounds (ethylene glycol) Propylene glycol, glycerin, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, methoxypropylene glycol, dimethoxypropanol, etc.). Examples of aprotic polar solvents include amides (N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N-ethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N-ethylacetamide, N, N-diethylacetamide, hexamethylphosphoricamide, etc.), lactones (γ-butyrolactone, δ-valerolactone, γ-valerolactone, etc.), sulfolane (sulfolane, 3-methylsulfolane) 2,4-dimethylsulfolane, etc.), cyclic amides (N-methyl-2-pyrrolidone, etc.), carbonates (ethylene carbonate, propylene carbonate, isobutylene carbonate, etc.), nitriles (acetonitrile, etc.), sulfoxides ( Dimethyl sulfoxide, etc. 2-imidazolidinone [1,3-dialkyl-2-imidazolidinone (1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1,3-diethyl-2-imidazolidinone, 1,3-di ( n-propyl) -2-imidazolidinone), 1,3,4-trialkyl-2-imidazolidinone (1,3,4-trimethyl-2-imidazolidinone, etc.)] and the like. It is done. Among these, use of γ-butyrolactone is preferable because impedance characteristics are improved, and use of sulfolane, 3-methylsulfolane, or 2,4-dimethylsulfolane is preferable because high temperature characteristics are improved. The content of γ-butyrolactone in the solvent is 10 to 100 wt%, preferably 30 to 100 wt%. Below this range, the specific resistance increases.
以下に実施例により本発明をさらに具体的に説明する。 The present invention will be described more specifically with reference to the following examples.
本実施例ではボロジグリコール酸25部、ペルオキソ二硫酸アンモニウム0.1部、γ−レゾルシル酸1部、溶媒として75部のγ-ブチロラクトンまたはγ-ブチロラクトンとスルホランからなる電解コンデンサ用電解液を用いた。なお、比較例1、2として本願の添加剤を用いない電解液、比較例3としてγ−レゾルシル酸1部を添加した電解液を用いて電解コンデンサを作製した。これらの電解コンデンサについて高温寿命特性を評価した。試験条件は105℃、1000時間負荷である。電解液の溶媒の比率と試験結果を(表1)に示す。
(表1)から分かるように、実施例は比較例に比べて、初期、高温寿命試験後も漏れ電流特性が改善されている。また、γ−レゾルシル酸を添加した比較例3は添加しない比較例2に比べて効果はなく、本願のヒドロキシカルボン酸またはその誘導体またはそれらの塩と、亜硫酸基または過硫酸基を含む化合物の相乗効果によって、本願の効果が得られていることがあきらかである。
In this embodiment, 25 parts of borodiglycolic acid, 0.1 part of ammonium peroxodisulfate, 1 part of γ-resorcylic acid, and 75 parts of γ-butyrolactone or γ-butyrolactone and sulfolane as the solvent were used as the electrolytic solution for the electrolytic capacitor. . In addition, an electrolytic capacitor was manufactured using an electrolytic solution not using the additive of the present application as Comparative Examples 1 and 2, and an electrolytic solution added with 1 part of γ-resorcylic acid as Comparative Example 3. These electrolytic capacitors were evaluated for high-temperature life characteristics. The test conditions are 105 ° C. and 1000 hours load. The ratio of the solvent of the electrolytic solution and the test results are shown in (Table 1).
As can be seen from (Table 1), the leakage current characteristics of the example are improved after the initial and high-temperature life test as compared with the comparative example. Further, Comparative Example 3 to which γ-resorcylic acid was added was not effective as compared to Comparative Example 2 to which γ-resorcylic acid was not added, and synergy between the hydroxycarboxylic acid of the present application or a derivative thereof or a salt thereof and a compound containing a sulfite group or persulfate group It is obvious that the effect of the present application is obtained by the effect.
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