JP4800891B2 - Solid electrolytic capacitor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、導電性高分子を電解質に用いた固体電解コンデンサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer as an electrolyte and a method for manufacturing the same.
電解コンデンサは、アルミニウム、タンタル、またはニオブ等の弁作用金属からなる陽極を備えており、この陽極の表面にはエッチングピットや微細孔が形成されている。また、陽極の表面には誘電体となる酸化皮膜が形成されている。
ここで、陰極側の電気的な引き出しは、導電性を有する電解質層によって行われる。つまり、電解コンデンサにおいて真の陰極はこの電解質層が担うこととなる。この真の陰極として機能する電解質層は、電解コンデンサの電気特性に大きな影響を及ぼすため、数々の電解質層の形成方法が提案されている。
このような電解コンデンサのうち、電解液を用い、耐電圧向上のため、ポリビニルエーテル骨格を有する化合物を溶解させたものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記の電解コンデンサは液状の電解質を用いるため、高周波領域におけるインピーダンス特性の悪化は避けられなかった。
The electrolytic capacitor includes an anode made of a valve metal such as aluminum, tantalum, or niobium, and etching pits and fine holes are formed on the surface of the anode. An oxide film serving as a dielectric is formed on the surface of the anode.
Here, electrical extraction on the cathode side is performed by an electrolyte layer having conductivity. That is, the electrolyte layer is responsible for the true cathode in the electrolytic capacitor. Since the electrolyte layer functioning as a true cathode has a great influence on the electrical characteristics of the electrolytic capacitor, a number of methods for forming the electrolyte layer have been proposed.
Among such electrolytic capacitors, an electrolytic capacitor is disclosed in which a compound having a polyvinyl ether skeleton is dissolved in order to improve the withstand voltage (see, for example, Patent Document 1).
However, since the above electrolytic capacitor uses a liquid electrolyte, deterioration of impedance characteristics in the high frequency region is inevitable.
一方、固体電解コンデンサとしては、ポリチオフェンの誘導体であるポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)等の導電性高分子を電解質として用いるものがあり、液状の電解質を用いた電解コンデンサに比較して高周波領域におけるインピーダンス特性に優れている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, some solid electrolytic capacitors use a conductive polymer such as polyethylenedioxythiophene (PEDOT), which is a polythiophene derivative, as an electrolyte. Compared with electrolytic capacitors using a liquid electrolyte, the impedance in a high frequency region is known. Excellent characteristics (see, for example, Patent Document 2).
近年、各種電子機器等でデジタル化が進み、固体電解コンデンサには、高周波領域での低インピーダンス化、大容量化、小形化が求められている。このような要求を満たすために様々な取り組みが行われている。
例えば、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回し、当該セパレータに導電性高分子を保持させて巻回型の固体電解コンデンサを構成することが検討されている。このような巻回型の固体電解コンデンサでは電極面積を広く確保できるという利点がある。なお、陽極箔としてアルミニウム等が用いられる。
In recent years, digitalization has progressed in various electronic devices and the like, and solid electrolytic capacitors are required to have low impedance, large capacity, and small size in a high frequency region. Various efforts are being made to meet these requirements.
For example, it has been studied to form a wound solid electrolytic capacitor by winding an anode foil and a cathode foil through a separator and holding the conductive polymer in the separator. Such a winding type solid electrolytic capacitor has an advantage that a wide electrode area can be secured. Aluminum or the like is used as the anode foil.
上記のような固体電解コンデンサは、従来、以下の方法で製造される。
まず、素子作製工程において、化成済みの陽極箔と陰極箔とがマニラ紙等の紙繊維からなるセパレータを介して巻回されたコンデンサ素子が作製される。
そして、このように作製されたコンデンサ素子の陽極箔に化成処理が施される修復化成と、コンデンサ素子を200℃以上の温度に加熱する熱処理とが行われる。
その後、保持層形成工程において化学重合が行われ、コンデンサ素子のセパレータ層に導電性高分子が保持される。このようにして、コンデンサ素子において導電性高分子を保持した保持層が形成される。
なお、上記の熱処理は、紙繊維を細くすることによりセパレータ層の密度を小さくして、ESR(Equivalent Series Resistance;等価直列抵抗)を低減する目的で行われる。
Conventionally, the above-described solid electrolytic capacitor is manufactured by the following method.
First, in the element manufacturing process, a capacitor element is manufactured in which the formed anode foil and cathode foil are wound through a separator made of paper fibers such as Manila paper.
Then, a restoration conversion in which a chemical conversion treatment is performed on the anode foil of the capacitor element thus manufactured, and a heat treatment in which the capacitor element is heated to a temperature of 200 ° C. or higher are performed.
Thereafter, chemical polymerization is performed in the holding layer forming step, and the conductive polymer is held in the separator layer of the capacitor element. In this way, a holding layer holding the conductive polymer is formed in the capacitor element.
In addition, said heat processing is performed in order to reduce the density of a separator layer by making paper fiber thin, and to reduce ESR (Equivalent Series Resistance; equivalent series resistance).
その後、コンデンサ素子は有底かつ筒状の外装ケースに収納され、陽極および陰極のリード線が封口ゴムに形成した貫通孔から引き出されるとともに、外装ケースの開口部が封口ゴムで密封される。
上記のように、巻回型の固体電解コンデンサを製造する際、ESRを低減することを目的にセパレータ層に対して熱処理が施される。
しかしながら、このような熱処理が施されると、コンデンサ素子の巻きが緩んで耐電圧が低下し、漏れ電流が増大したり、エージング工程においてショートパンクが発生する等の問題が生じるおそれがある。
また、上記工程以外でも化学重合工程の加熱処理等、コンデンサ素子に熱処理が施されると、電極箔に加わる熱的ストレスや機械的ストレスによって、漏れ電流が増大するおそれがある。
As described above, when manufacturing a wound type solid electrolytic capacitor, the separator layer is subjected to heat treatment for the purpose of reducing ESR.
However, when such heat treatment is performed, the winding of the capacitor element is loosened, the withstand voltage is lowered, the leakage current is increased, and there is a possibility that problems such as short puncture occur in the aging process.
In addition to the above steps, when the capacitor element is subjected to heat treatment such as heat treatment in the chemical polymerization step, leakage current may increase due to thermal stress or mechanical stress applied to the electrode foil.
以上の問題点に鑑みて、本発明の目的は、低ESR、低漏れ電流および高耐電圧が実現された固体電解コンデンサおよびその製造方法を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solid electrolytic capacitor in which low ESR, low leakage current, and high withstand voltage are realized, and a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するために、本発明は、表面に陽極酸化皮膜が形成された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、導電性高分子を保持させた固体電解コンデンサにおいて、
前記コンデンサ素子に、導電性高分子とともに下記の化学式1および化学式2の何れかで表されるポリビニルエーテル骨格を有する化合物を含有させたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides a solid electrolytic capacitor in which a conductive polymer is held in a capacitor element in which an anode foil and a cathode foil each having an anodized film formed on a surface thereof are wound through a separator. In
The capacitor element includes a conductive polymer and a compound having a polyvinyl ether skeleton represented by any one of the following
ただし、上記の化学式1および化学式2のそれぞれにおいて、R1は、置換もしくは非置換の低級アルキル、置換もしくは非置換のシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリールまたは置換もしくは非置換のアラルキルを表す。
また、R2およびR3は、水素原子、置換もしくは非置換の低級アルキル、置換もしくは非置換のシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、または置換もしくは非置換のアラルキルをそれぞれ表す。R2およびR3同士は互いに同一であってもよいし異なっていてもよい。
また、nは、500以下の自然数を表す。ここで、nが2以上の場合にR1同士は互いに同一であっても異なっていてもよい。また、R2同士は互いに同一であっても異なっていてもよく、R3同士も互いに同一であっても異なっていてもよい。
However, in each of Chemical Formula 1 and Chemical Formula 2, R 1 represents substituted or unsubstituted lower alkyl, substituted or unsubstituted cycloalkyl, substituted or unsubstituted aryl, or substituted or unsubstituted aralkyl.
R 2 and R 3 each represent a hydrogen atom, substituted or unsubstituted lower alkyl, substituted or unsubstituted cycloalkyl, substituted or unsubstituted aryl, or substituted or unsubstituted aralkyl. R 2 and R 3 may be the same as or different from each other.
N represents a natural number of 500 or less. Here, when n is 2 or more, R 1 may be the same or different from each other. R 2 may be the same as or different from each other, and R 3 may be the same as or different from each other.
また、本発明において、前記導電性高分子が、アニリンもしくはその誘導体、ピロールもしくはその誘導体、またはチオフェンもしくはその誘導体を重合してなるものであってもよい。 In the present invention, the conductive polymer may be obtained by polymerizing aniline or a derivative thereof, pyrrole or a derivative thereof, or thiophene or a derivative thereof.
また、本発明は、表面に陽極酸化皮膜が形成された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導電性高分子を保持させる固体電解コンデンサの製造方法において、
前記コンデンサ素子を、少なくともモノマー、酸化剤、ドーパントのうちいずれかを含む溶液に上記の化学式1および化学式2の何れかで表されるポリビニルエーテル骨格を有する化合物を混合した溶液に浸漬し、化学重合させる工程を含むことを特徴とする。
Further, the present invention provides a method for producing a solid electrolytic capacitor in which a conductive polymer is held in a capacitor element in which an anode foil and a cathode foil each having an anodized film formed on a surface thereof are wound via a separator.
The capacitor element is immersed in a solution obtained by mixing a compound having a polyvinyl ether skeleton represented by any one of the above
本発明の固体電解コンデンサは、導電性高分子とともにポリビニルエーテル骨格を有する化合物を含有している。このポリビニルエーテル骨格を有する化合物は、側鎖にエーテル結合を有するので、メタノール等の溶媒に対する溶解度が高い。
そして、固体電解コンデンサを構成するアルミニウム電極箔の酸化皮膜は、電解コンデンサの使用温度が上昇し、印加される電流または電圧が高くなると、化学反応を起こし、劣化して耐電圧が低下するが、本発明による化合物を導電性高分子とともに電極間に存在させれば、その構造中に存在するエーテル結合の酸素原子が酸化皮膜と配位結合して、電極箔表面に存在することで、電極箔の化学反応を抑え、結果として固体電解コンデンサの耐電圧を向上できると考えられる。
本発明によるポリビニルエーテル骨格を有する化合物を導電性高分子内に含有させることで、ESRが低減され、耐電圧が高く、漏れ電流の小さい固体電解コンデンサを提供することが可能となる。また、本発明の固体電解コンデンサの製造方法によると、かかる固体電解コンデンサを製造することが可能となる。
The solid electrolytic capacitor of the present invention contains a compound having a polyvinyl ether skeleton together with a conductive polymer. Since the compound having the polyvinyl ether skeleton has an ether bond in the side chain, it has high solubility in a solvent such as methanol.
And, the oxide film of the aluminum electrode foil constituting the solid electrolytic capacitor causes a chemical reaction when the operating temperature of the electrolytic capacitor rises and the applied current or voltage increases, and deteriorates and the withstand voltage decreases. When the compound according to the present invention is present between the electrodes together with the conductive polymer, the ether-bonded oxygen atoms present in the structure are coordinated with the oxide film and are present on the surface of the electrode foil. It is considered that the withstand voltage of the solid electrolytic capacitor can be improved as a result.
By including the compound having the polyvinyl ether skeleton according to the present invention in the conductive polymer, it is possible to provide a solid electrolytic capacitor with reduced ESR, high withstand voltage, and low leakage current. Moreover, according to the manufacturing method of the solid electrolytic capacitor of this invention, it becomes possible to manufacture this solid electrolytic capacitor.
以下、図1〜3を参照して、本発明の一実施形態である固体電解コンデンサについて説明する。図1は、本実施形態に係る固体電解コンデンサに用いたコンデンサ素子の説明図、図2は、本発明に係る固体電解コンデンサの陽極、セパレータ、および陰極の積層構造を示す説明図、図3は、本実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法を示す工程フロー図である。 Hereinafter, with reference to FIGS. 1-3, the solid electrolytic capacitor which is one Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is an explanatory view of a capacitor element used in the solid electrolytic capacitor according to the present embodiment, FIG. 2 is an explanatory view showing a laminated structure of an anode, a separator, and a cathode of the solid electrolytic capacitor according to the present invention, and FIG. It is a process flow figure showing a manufacturing method of a solid electrolytic capacitor concerning this embodiment.
(固体電解コンデンサの構造)
図1に示すように、本実施形態に係る固体電解コンデンサに用いられるコンデンサ素子4は、陽極箔1と陰極箔3とを備えており、陽極箔1と陰極箔3とがセパレータ2を介して巻回された構造を有する。
陽極箔1は、アルミニウム等の弁作用金属で形成されており、図2に示すように、陽極箔1の表面はエッチング処理により粗面化されるとともに酸化皮膜(図示せず)が形成されている。陰極箔3は、陽極箔1と同様、アルミニウム等で形成されており、その表面も粗面化されている。なお、粗面化は、エッチング処理に替えて蒸着か塗布によって行ってもよい。
(Structure of solid electrolytic capacitor)
As shown in FIG. 1, a
The
セパレータ2の両面には導電性高分子7からなる固体電解質が保持されている。これによって、陽極箔1と陰極箔3との間に導電性高分子7の層が形成されている。
A solid electrolyte made of a conductive polymer 7 is held on both surfaces of the
ここで、導電性高分子7としては、ポリアニリンもしくはその誘導体、ポリピロールもしくはその誘導体、またはポリチオフェンもしくはその誘導体を用いることができ、その代表的な例がポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)である。
このような導電性高分子7は、アニリンもしくはその誘導体、ピロールもしくはその誘導体、またはチオフェンもしくはその誘導体の化学重合により生成される。
Here, as the conductive polymer 7, polyaniline or a derivative thereof, polypyrrole or a derivative thereof, or polythiophene or a derivative thereof can be used, and a typical example thereof is polyethylene dioxythiophene (PEDOT).
Such a conductive polymer 7 is produced by chemical polymerization of aniline or a derivative thereof, pyrrole or a derivative thereof, or thiophene or a derivative thereof.
なお、図1に示すように、陽極箔1および陰極箔3にはそれぞれリードタブが接続され、リードタブを介して陽極箔1と陰極箔3からリード線5、6が引き出されている。
As shown in FIG. 1, lead tabs are connected to the
このように構成した固体電解コンデンサにおいて、導電性高分子とともにポリビニルエーテル骨格を有する化合物が含有されている。 The solid electrolytic capacitor configured as described above contains a compound having a polyvinyl ether skeleton together with a conductive polymer.
(固体電解コンデンサの製造方法)
次に、図1〜3を参照して、本発明を適用した固体電解コンデンサの製造方法を説明する。
(Method for manufacturing solid electrolytic capacitor)
Next, with reference to FIGS. 1-3, the manufacturing method of the solid electrolytic capacitor to which this invention is applied is demonstrated.
まず、電極の実効表面積を大きくするために、陽極箔1および陰極箔3を形成するためのアルミニウム箔等の表面にエッチング処理を施して粗面化する。
次に、粗面化された陽極箔1に化成処理を施して酸化皮膜を形成する。そして、巻回工程(素子作製工程)において、酸化皮膜が形成された陽極箔1と陰極箔3にそれぞれ電極タブを介してリード線5、6を接続するとともに、これら陽極箔1と陰極箔3とをセパレータ2を介して巻回し、円筒状のコンデンサ素子4を作製する。
First, in order to increase the effective surface area of the electrode, the surface of the aluminum foil or the like for forming the
Next, the roughened
次に、修復化成工程において、コンデンサ素子4の状態で陽極箔1に化成処理を施し、陽極箔1の切口や酸化皮膜の欠陥を修復する。
Next, in the repair chemical conversion step, chemical conversion treatment is performed on the
次に、セパレータ2が天然繊維からなる場合は低密度化するため、熱処理を行うのが好ましい。合成繊維を含む場合は適宜、熱処理を省略してもよい。そして、モノマー溶液の含浸および化学重合を行うことにより導電性高分子7を形成し、セパレータ2にかかる導電性高分子7を保持させる(保持層形成工程)。ここで、導電性高分子7を形成するには、チオフェンもしくはその誘導体、アニリンもしくはその誘導体、ピロールもしくはその誘導体を化学重合させる。
Next, when the
上記のチオフェン誘導体としては、チオフェン骨格3位、3位と4位またはS位に、水酸基、アセチル基、カルボキシル基、アルキル基、アルコキシ基のうち少なくとも1種を置換基として有するチオフェン誘導体、または3,4−アルキレンジオキシチオフェンを挙げることができる。アニリン誘導体としては、アニリン骨格を有しアルキル基、フェニル基、アルコキシ基、エステル基、チオエーテル基のうち少なくとも1種を置換基として有するアニリン誘導体を挙げることができる。ピロール誘導体としては、ピロール骨格の3位、3位と4位またはN位に、水酸基、アセチル基、カルボキシル基、アルキル基、アルコキシ基のうち少なくとも1種を置換基として有するピロール誘導体を挙げることができる。 Examples of the thiophene derivative include a thiophene derivative having at least one of a hydroxyl group, an acetyl group, a carboxyl group, an alkyl group, and an alkoxy group as a substituent at the 3-position, 3-position, 4-position or S-position of the thiophene skeleton, or 3 , 4-alkylenedioxythiophene. Examples of the aniline derivative include an aniline derivative having an aniline skeleton and having at least one substituent selected from an alkyl group, a phenyl group, an alkoxy group, an ester group, and a thioether group. Examples of the pyrrole derivative include a pyrrole derivative having at least one of a hydroxyl group, an acetyl group, a carboxyl group, an alkyl group, and an alkoxy group as a substituent at the 3-position, 3-position, 4-position or N-position of the pyrrole skeleton. it can.
そして、これらのチオフェンもしくはその誘導体、アニリンもしくはその誘導体、ピロールもしくはその誘導体を以下に説明する方法により化学重合させると、導電性高分子7が形成される。なお、導電性高分子7を形成するにあたっては、電解重合が組み合わされてもよい。 And when these thiophene or its derivative (s), aniline or its derivative (s), pyrrole or its derivative (s) are chemically polymerized by the method demonstrated below, the conductive polymer 7 is formed. In forming the conductive polymer 7, electrolytic polymerization may be combined.
まず、1液法では、モノマー、ドーパント、酸化剤を混合した溶液、またはモノマーと酸化作用を有するドーパントとを混合した溶液に、ポリビニルエーテル骨格を有する化合物を添加して、コンデンサ素子に含浸し、溶液から引き上げた後、化学重合を行わせる。 First, in the one-component method, a compound having a polyvinyl ether skeleton is added to a solution in which a monomer, a dopant and an oxidizing agent are mixed, or a solution in which a monomer and an oxidizing agent are mixed, and the capacitor element is impregnated. After pulling up from the solution, chemical polymerization is performed.
次に、2液法では、モノマー溶液をコンデンサ素子に含浸し、続いて、ドーパントと酸化剤との混合液をコンデンサ素子に含浸し、化学重合させる。
また、モノマーとドーパントとを混合した溶液をコンデンサ素子に含浸し、続いて、モノマーと酸化剤との混合溶液をコンデンサ素子に含浸し、化学重合させてもよい。
さらに、モノマー液をコンデンサ素子に含浸し、続いて、ドーパントと酸化剤とを混合した液をコンデンサ素子に含浸し、化学重合させてよい。
また、ドーパントと酸化剤を混合した溶液をコンデンサ素子に含浸し、続いて、モノマー溶液をコンデンサ素子に含浸し、化学重合させてもよい。
上記において、ポリビニルエーテル骨格を有する化合物はどの溶液に添加してもよい。
Next, in the two-component method, a capacitor solution is impregnated in a capacitor element, and subsequently, a mixed solution of a dopant and an oxidizing agent is impregnated in the capacitor element and chemically polymerized.
Alternatively, the capacitor element may be impregnated with a solution in which a monomer and a dopant are mixed, and then the capacitor element may be impregnated with a mixed solution of a monomer and an oxidant and chemically polymerized.
Furthermore, the capacitor element may be impregnated with the monomer solution, and then the capacitor element may be impregnated with a liquid obtained by mixing the dopant and the oxidizing agent and chemically polymerized.
Alternatively, the capacitor element may be impregnated with a solution in which a dopant and an oxidant are mixed, and then the monomer solution may be impregnated with the capacitor element and chemically polymerized.
In the above, the compound having a polyvinyl ether skeleton may be added to any solution.
次に、3液法では、ドーパントを含む液をコンデンサ素子に含浸し、続いて、モノマー液をコンデンサ素子に含浸し、最後に、酸化剤を含む液をコンデンサ素子に含浸して、化学重合を行わせる。このとき、ポリビニルエーテル骨格を有する化合物はどの溶液に添加してもよい。 Next, in the three-component method, a capacitor element is impregnated with a liquid containing a dopant, subsequently, a monomer liquid is impregnated into the capacitor element, and finally, a liquid containing an oxidizing agent is impregnated into the capacitor element, and chemical polymerization is performed. Let it be done. At this time, the compound having a polyvinyl ether skeleton may be added to any solution.
本実施形態において、ドーパントは、特に限定されないが、良好な特性を持つ固体電解コンデンサを得るためにはスルホン酸化合物が好ましい。
例えば、1,5−ナフタレンジスルホン酸、1,6−ナフタレンジスルホン酸、1−オクタンスルホン酸、1−ナフタレンスルホン酸、2−ナフタレンスルホン酸、2,6−ナフタレンジスルホン酸、2,7−ナフタレンジスルホン酸、2−メチル−5−イソプロピルベンゼンスルホン酸、4−オクチルベンゼンスルホン酸、4−ニトロトルエン−2−スルホン酸、m−ニトロベンゼンスルホン酸、n−オクチルスルホン酸、n−ブタンスルホン酸、n−ヘキサンスルホン酸、o−ニトロベンゼンスルホン酸、p−エチルベンゼンスルホン酸、p−クロロベンゼンスルホン酸、p−デシルベンゼンスルホン酸、p−ドデシルベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、p−ニトロベンゼンスルホン酸、p−ペンチルベンゼンスルホン酸、エタンスルホン酸、カンファースルホン酸、ジノニルナフタレンスルホン酸、アセチルスルホン酸、ドデシルスルホン酸、トリクロロベンゼンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ハイドロオキシベンゼンスルホン酸、ブチルナフタレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、メタンスルホン酸等があり、その塩としては、リチウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩、銀塩、銅塩、鉄塩、アルミニウム塩、セリウム塩、タングステン塩、クロム塩、マンガン塩、スズ塩、メチルアンモニウム塩、ジメチルアンモニウム塩、トリメチルアンモニウム塩、テトラメチルアンモニウム塩、エチルアンモニウム塩、ジエチルアンモニウム塩、トリエチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、エチルメチルアンモニウム塩、ジエチルメチルアンモニウム塩、ジメチルエチルアンモニウム塩、トリエチルメチルアンモニウム塩、トリメチルエチルアンモニウム塩、ジエチルジメチルアンモニウム塩、プロピルアンモニウム塩、ジプロピルアンモニウム塩、イソプロピルアンモニウム塩、ジイソプロピルアンモニウム塩、ブチルアンモニウム塩、ジブチルアンモニウム塩、メチルプロピルアンモニウム塩、エチルプロピルアンモニウム塩、メチルイソプロピルアンモニウム塩、エチルイソプロピルアンモニウム塩、メチルブチルアンモニウム塩、エチルブチルアンモニウム塩、テトラメチロールアンモニウム塩、テトラ−n−ブチルアンモニウム塩、テトラ−sec−ブチルアンモニウム塩、テトラ−t−ブチルアンモニウム塩、ピペリジウム塩、ピロリジウム塩、モノホリニウム塩、ピペラジニウム塩、ピリジニウム塩、α−ピコリニウム塩、β−ピコリニウム塩、γ−ピコリニウム塩、キノリニウム塩、イソキノリニウム塩、ピロリニウム塩、アンモニウム塩等がある。
In the present embodiment, the dopant is not particularly limited, but a sulfonic acid compound is preferable in order to obtain a solid electrolytic capacitor having good characteristics.
For example, 1,5-naphthalenedisulfonic acid, 1,6-naphthalenedisulfonic acid, 1-octanesulfonic acid, 1-naphthalenesulfonic acid, 2-naphthalenesulfonic acid, 2,6-naphthalenedisulfonic acid, 2,7-naphthalenedisulfonic acid Acid, 2-methyl-5-isopropylbenzenesulfonic acid, 4-octylbenzenesulfonic acid, 4-nitrotoluene-2-sulfonic acid, m-nitrobenzenesulfonic acid, n-octylsulfonic acid, n-butanesulfonic acid, n-hexane Sulfonic acid, o-nitrobenzenesulfonic acid, p-ethylbenzenesulfonic acid, p-chlorobenzenesulfonic acid, p-decylbenzenesulfonic acid, p-dodecylbenzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, p-nitrobenzenesulfonic acid, p-pentyl Benzenesulfonic acid, Tansulfonic acid, camphorsulfonic acid, dinonylnaphthalenesulfonic acid, acetylsulfonic acid, dodecylsulfonic acid, trichlorobenzenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, hydroxybenzenesulfonic acid, butylnaphthalenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, polyvinylsulfonic acid , Methanesulfonic acid, etc., and the salts include lithium salt, potassium salt, sodium salt, silver salt, copper salt, iron salt, aluminum salt, cerium salt, tungsten salt, chromium salt, manganese salt, tin salt, methyl Ammonium salt, dimethylammonium salt, trimethylammonium salt, tetramethylammonium salt, ethylammonium salt, diethylammonium salt, triethylammonium salt, tetraethylammonium salt, ethylmethylammonium Salt, diethylmethylammonium salt, dimethylethylammonium salt, triethylmethylammonium salt, trimethylethylammonium salt, diethyldimethylammonium salt, propylammonium salt, dipropylammonium salt, isopropylammonium salt, diisopropylammonium salt, butylammonium salt, dibutyl Ammonium salt, methylpropylammonium salt, ethylpropylammonium salt, methylisopropylammonium salt, ethylisopropylammonium salt, methylbutylammonium salt, ethylbutylammonium salt, tetramethylolammonium salt, tetra-n-butylammonium salt, tetra-sec- Butylammonium salt, tetra-t-butylammonium salt, piperidinium salt, pyrrolidinium Examples include salts, monoforinium salts, piperazinium salts, pyridinium salts, α-picolinium salts, β-picolinium salts, γ-picolinium salts, quinolinium salts, isoquinolinium salts, pyrrolinium salts, ammonium salts, and the like.
このような工程により導電性高分子保持層が形成された後に、組立工程において、コンデンサ素子4を有底筒状の外装ケースに収納し、開口部を封口ゴム等により密封する。
そして、エージングを行う。エージング工程では、例えば、温度が100℃の条件下で60分間、定格電圧を印加する。これによって固体電解コンデンサが完成する。
After the conductive polymer holding layer is formed by such a process, in the assembly process, the
Then, aging is performed. In the aging process, for example, a rated voltage is applied for 60 minutes under the condition of a temperature of 100 ° C. This completes the solid electrolytic capacitor.
(本実施形態の主な効果)
以上説明したように、本形態では、導電性高分子とともにポリビニルエーテル骨格を有する化合物を含有している。
かかるポリビニルエーテル骨格を有する化合物は、その構造中に存在するエーテル結合の酸素原子がアルミニウム酸化皮膜と配位結合して、電極表面に存在することで、電極箔の化学反応を抑え、結果として固体電解コンデンサの耐電圧を向上させることができる。
それ故、ESRを損なうことなく、漏れ電流の低減、および耐電圧の向上を可能とした固体電解コンデンサを提供することができる。
(Main effects of this embodiment)
As described above, in this embodiment, the conductive polymer contains a compound having a polyvinyl ether skeleton.
Such a compound having a polyvinyl ether skeleton suppresses the chemical reaction of the electrode foil because the ether-bonded oxygen atoms existing in the structure coordinate with the aluminum oxide film and exist on the electrode surface, resulting in a solid The withstand voltage of the electrolytic capacitor can be improved.
Therefore, it is possible to provide a solid electrolytic capacitor capable of reducing leakage current and improving withstand voltage without impairing ESR.
[実施例1]
実施例1では、陽極箔(化成電圧47V)と陰極箔とを、ヘンプ紙の単抄からなるセパレータを介して巻回することにより、円筒形のコンデンサ素子を得る。
次に、アジピン酸二アンモニウム水溶液に浸漬し、修復化成工程として、47Vの電圧印加を60分間行った後、コンデンサ素子を300℃で90分間の熱処理を行った。
次に、3,4−エチレンジオキシチオフェンとp−トルエンスルホン酸鉄(III)と下記の化学式3で表される化合物Aとをn−ブタノールに溶解した溶液(モノマーと酸化剤と化合物Aとブタノールの重量比 1:1:0.01:1)にコンデンサ素子を浸漬後、温度150℃の条件で5分間保持して化学重合によりPEDOTを形成する。
このようにして得られたコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、開口部をゴムパッキング等により密封した後、エージングを行い定格16V−220μFの固体電解コンデンサを作製した。
[Example 1]
In Example 1, a cylindrical capacitor element is obtained by winding an anode foil (formation voltage 47V) and a cathode foil through a separator made of a single hemp paper.
Next, after immersing in an aqueous solution of diammonium adipate and applying a voltage of 47 V for 60 minutes as a restoration conversion process, the capacitor element was subjected to heat treatment at 300 ° C. for 90 minutes.
Next, a solution in which 3,4-ethylenedioxythiophene, iron (III) p-toluenesulfonate and compound A represented by the following
The capacitor element thus obtained was housed in a bottomed cylindrical outer case, the opening was sealed with rubber packing or the like, and then aged to produce a solid electrolytic capacitor rated at 16V-220 μF.
[実施例2]
実施例2では、陽極箔(化成電圧47V)と陰極箔とを、マニラ麻紙からなるセパレータを介して巻回することにより、円筒形のコンデンサ素子を得る。次に、実施例1と同様の修復化成と熱処理を行った後、3,4−エチレンジオキシチオフェンとp−トルエンスルホン酸鉄(III)と下記の化学式4で表される化合物Bとをn−ブタノールに溶解した溶液(モノマーと酸化剤と化合物Bとブタノールの重量比 1:1:0.05:1)に上記コンデンサ素子を浸漬後、温度200℃の条件で6分間保持して化学重合によりPEDOTを形成する。
このようにして得られたコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、実施例1と同様にして、定格16V−220μFの固体電解コンデンサを作製した。
[Example 2]
In Example 2, a cylindrical capacitor element is obtained by winding an anode foil (formation voltage 47V) and a cathode foil through a separator made of Manila hemp paper. Next, after carrying out the same repair conversion and heat treatment as in Example 1, 3,4-ethylenedioxythiophene, iron (III) p-toluenesulfonate, and compound B represented by the following
The capacitor element thus obtained was housed in a bottomed cylindrical outer case, and a solid electrolytic capacitor having a rating of 16V-220 μF was produced in the same manner as in Example 1.
[実施例3]
実施例3では、実施例1と同様にして作製したコンデンサ素子に実施例1と同様の修復化成と熱処理を行った後、p−トルエンスルホン酸鉄(III)と下記の化学式5で表される化合物Cとをn−ブタノールに溶解した溶液(酸化剤と化合物Cとブタノールの重量比 2:0.05:3)に上記コンデンサ素子を浸漬後、温度150℃の条件で10分間保持してブタノールを蒸散させ、その後、3,4−エチレンジオキシチオフェンをメタノールに溶解した溶液(モノマーとメタノールの重量比 1:1)に浸積し、温度200℃の条件で6分間保持して化学重合によりPEDOTを形成する。
このようにして得られたコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、実施例1と同様にして、定格16V−220μFの固体電解コンデンサを作製した。
[Example 3]
In Example 3, the capacitor element produced in the same manner as in Example 1 was subjected to the same repair formation and heat treatment as in Example 1, and then represented by iron (III) p-toluenesulfonate and the following
The capacitor element thus obtained was housed in a bottomed cylindrical outer case, and a solid electrolytic capacitor having a rating of 16V-220 μF was produced in the same manner as in Example 1.
[実施例4]
実施例4では、実施例1と同様にして作製したコンデンサ素子に実施例1と同様の修復化成と熱処理を行った後、p−トルエンスルホン酸鉄(III)をn−ブタノールに溶解した溶液(酸化剤とブタノールの重量比 2:3)にコンデンサ素子を浸漬後、温度180℃の条件で5分間保持してブタノールを蒸散させ、その後、3,4−エチレンジオキシチオフェンと下記の化学式6で表される化合物Dとをメタノールに溶解した溶液(モノマーと化合物Dとメタノールの重量比 1:0.01:1)を浸積し、温度200℃の条件で6分間保持して化学重合によりPEDOTを形成する。
このようにして得られたコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、実施例1と同様にして、定格16V−220μFの固体電解コンデンサを作製した。
[Example 4]
In Example 4, a capacitor element produced in the same manner as in Example 1 was subjected to the same repair formation and heat treatment as in Example 1, and then a solution in which iron (III) p-toluenesulfonate was dissolved in n-butanol ( After immersing the capacitor element in a weight ratio of oxidizer and butanol 2: 3), the butanol was evaporated by holding for 5 minutes at a temperature of 180 ° C., and then 3,4-ethylenedioxythiophene and the following chemical formula 6 A solution in which the compound D represented is dissolved in methanol (weight ratio of monomer, compound D and methanol 1: 0.01: 1) is immersed, and maintained at a temperature of 200 ° C. for 6 minutes, and then PEDOT is obtained by chemical polymerization. Form.
The capacitor element thus obtained was housed in a bottomed cylindrical outer case, and a solid electrolytic capacitor having a rating of 16V-220 μF was produced in the same manner as in Example 1.
(従来例1)
従来例1では、陽極箔(化成電圧47V)と陰極箔とを、ヘンプ紙の単抄からなるセパレータを介して巻回することにより、円筒形のコンデンサ素子を得る。
次に、実施例1と同様の修復化成と熱処理を行った後、3,4−エチレンジオキシチオフェンとp−トルエンスルホン酸鉄(III)とをn−ブタノールに溶解した溶液(モノマーと酸化剤とブタノールの重量比 1:1:1)にコンデンサ素子を浸漬後、温度150℃の条件で5分間保持して化学重合によりPEDOTを形成する。
このようにして得られたコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、実施例1と同様にして、定格16V−220μFの固体電解コンデンサを作製した。
(Conventional example 1)
In Conventional Example 1, a cylindrical capacitor element is obtained by winding an anode foil (formation voltage 47V) and a cathode foil through a separator made of a single hemp paper.
Next, after carrying out the repair conversion and heat treatment similar to those in Example 1, a solution (monomer and oxidizing agent) in which 3,4-ethylenedioxythiophene and iron (III) p-toluenesulfonate were dissolved in n-butanol. After the capacitor element is immersed in a 1: 1: 1) weight ratio of butanol, the PEDOT is formed by chemical polymerization while being held at a temperature of 150 ° C. for 5 minutes.
The capacitor element thus obtained was housed in a bottomed cylindrical outer case, and a solid electrolytic capacitor having a rating of 16V-220 μF was produced in the same manner as in Example 1.
(従来例2)
従来例2では、陽極箔(化成電圧47V)と陰極箔とを、マニラ麻紙からなるセパレータを介して巻回することにより、円筒形のコンデンサ素子を得る。
次に、実施例1と同様の修復化成と熱処理を行った後、3,4−エチレンジオキシチオフェンとp−トルエンスルホン酸鉄(III)とをn−ブタノールに溶解した溶液(モノマーと酸化剤とブタノールの重量比 1:1:1)にコンデンサ素子を浸漬後、温度150℃の条件で5分間保持して化学重合によりPEDOTを形成する。
このようにして得られたコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、実施例1と同様にして、定格16V−220μFの固体電解コンデンサを作製した。
(Conventional example 2)
In Conventional Example 2, a cylindrical capacitor element is obtained by winding an anode foil (formation voltage 47V) and a cathode foil through a separator made of Manila hemp paper.
Next, after carrying out the repair conversion and heat treatment similar to those in Example 1, a solution (monomer and oxidizing agent) in which 3,4-ethylenedioxythiophene and iron (III) p-toluenesulfonate were dissolved in n-butanol. After the capacitor element is immersed in a 1: 1: 1) weight ratio of butanol, the PEDOT is formed by chemical polymerization while being held at a temperature of 150 ° C. for 5 minutes.
The capacitor element thus obtained was housed in a bottomed cylindrical outer case, and a solid electrolytic capacitor having a rating of 16V-220 μF was produced in the same manner as in Example 1.
以上の実施例1〜4および従来例1、2の製造方法によってそれぞれ得られた固体電解コンデンサの電気特性の測定結果、およびショート発生率を下記の表1に示す。表1において、tanδはコンデンサの損失角の正接であり、LC(Leakage Current)は定格電圧印加2分後の漏れ電流値である。
The measurement results of the electrical characteristics of the solid electrolytic capacitors obtained by the manufacturing methods of Examples 1 to 4 and Conventional Examples 1 and 2 and the occurrence rate of short circuits are shown in Table 1 below. In Table 1, tan δ is a tangent of the loss angle of the capacitor, and LC (Leakage Current) is a leakage
表1に示すように、導電性高分子内にポリビニルエーテル骨格を有する化合物を含有している実施例1〜4によれば、ポリビニルエーテル骨格を有する化合物を含有していない従来例と比べ、いずれの電気特性も改善され、ショート発生率も低減していることが分かる。
上記の効果は、ヘンプ紙の単抄からなるセパレータを使用した場合も、マニラ麻紙からなるセパレータを使用した場合も、同様であった。
As shown in Table 1, according to Examples 1 to 4 containing a compound having a polyvinyl ether skeleton in a conductive polymer, as compared with the conventional example not containing a compound having a polyvinyl ether skeleton, It can be seen that the electrical characteristics are improved and the occurrence rate of short circuit is reduced.
The above effect was the same both when a separator made of hemp paper single paper was used and when a separator made of Manila hemp paper was used.
[その他の実施例]
上記の実施例においては、PEDOTを固体電解質として用いたが、PEDOT以外の公知の導電性高分子(例えばポリアニリンやポリピロール)を固体電解質として用いた場合にも同様の効果が得られることが確認された。
また、上記の実施例においては、1液法および2液法を用いて実施されているが、上記の実施例以外の2液法および3液法を用いた場合にも同様の効果が得られた。
[Other Examples]
In the above embodiment, PEDOT is used as a solid electrolyte, but it is confirmed that the same effect can be obtained when a known conductive polymer other than PEDOT (for example, polyaniline or polypyrrole) is used as the solid electrolyte. It was.
In the above embodiment, the one-liquid method and the two-liquid method are used. However, the same effect can be obtained when the two-liquid method and the three-liquid method other than the above-described examples are used. It was.
また、上記の実施例では、陽極としてアルミニウムを用いた固体電解コンデンサを説明したが、タンタルやニオブを陽極として用いた場合でも、同様な効果が得られることが確認された。 Further, in the above embodiment, the solid electrolytic capacitor using aluminum as the anode has been described, but it was confirmed that the same effect can be obtained even when tantalum or niobium is used as the anode.
1 陽極箔
2 セパレータ
3 陰極箔
4 コンデンサ素子
5 陽極リード棒
6 陰極リード棒
7 導電性高分子
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記コンデンサ素子に、導電性高分子とともに下記の化学式1および化学式2の何れかで表されるポリビニルエーテル骨格を有する化合物を含有させたことを特徴とする固体電解コンデンサ。
ただし、上記の化学式1および化学式2のそれぞれにおいて、
R1は、置換もしくは非置換の低級アルキル、置換もしくは非置換のシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリールまたは置換もしくは非置換のアラルキルを表し、
R2およびR3は、互いに同一または異なって、水素原子、置換もしくは非置換の低級アルキル、置換もしくは非置換のシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、または置換もしくは非置換のアラルキルをそれぞれ表し、
nは500以下の自然数を表し、
nが2以上の場合にR1同士は互いに同一であっても異なっていてもよく、R2同士は互いに同一であっても異なっていてもよく、R3同士は互いに同一であっても異なっていてもよい。 In a solid electrolytic capacitor in which a conductive polymer is held in a capacitor element in which an anode foil and a cathode foil having an anodized film formed on the surface are wound through a separator,
A solid electrolytic capacitor characterized in that the capacitor element contains a compound having a polyvinyl ether skeleton represented by any one of the following chemical formula 1 and chemical formula 2 together with a conductive polymer.
However, in each of the above Chemical Formula 1 and Chemical Formula 2,
R1 represents substituted or unsubstituted lower alkyl, substituted or unsubstituted cycloalkyl, substituted or unsubstituted aryl, or substituted or unsubstituted aralkyl,
R2 and R3 are the same or different from each other and each represents a hydrogen atom, substituted or unsubstituted lower alkyl, substituted or unsubstituted cycloalkyl, substituted or unsubstituted aryl, or substituted or unsubstituted aralkyl,
n represents a natural number of 500 or less,
When n is 2 or more, R1 may be the same or different from each other, R2 may be the same or different from each other, and R3 may be the same or different from each other Good.
前記コンデンサ素子を、少なくともモノマー、酸化剤、ドーパントのうちいずれかを含む溶液に下記の化学式1および化学式2の何れかで表されるポリビニルエーテル骨格を有する化合物を混合した溶液に浸漬し、化学重合させる工程を含むことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。The capacitor element is immersed in a solution in which at least one of a monomer, an oxidant, and a dopant is mixed with a compound having a polyvinyl ether skeleton represented by any one of the following chemical formulas 1 and 2, and chemical polymerization is performed. The manufacturing method of the solid electrolytic capacitor characterized by including the process to make.
ただし、上記の化学式1および化学式2のそれぞれにおいて、 However, in each of the above Chemical Formula 1 and Chemical Formula 2,
R1は、置換もしくは非置換の低級アルキル、置換もしくは非置換のシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリールまたは置換もしくは非置換のアラルキルを表し、 R1 represents substituted or unsubstituted lower alkyl, substituted or unsubstituted cycloalkyl, substituted or unsubstituted aryl, or substituted or unsubstituted aralkyl,
R2およびR3は、互いに同一または異なって、水素原子、置換もしくは非置換の低級アルキル、置換もしくは非置換のシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、または置換もしくは非置換のアラルキルをそれぞれ表し、 R2 and R3 are the same or different from each other and each represents a hydrogen atom, substituted or unsubstituted lower alkyl, substituted or unsubstituted cycloalkyl, substituted or unsubstituted aryl, or substituted or unsubstituted aralkyl,
nは500以下の自然数を表し、 n represents a natural number of 500 or less,
nが2以上の場合にR1同士は互いに同一であっても異なっていてもよく、R2同士は互いに同一であっても異なっていてもよく、R3同士は互いに同一であっても異なっていてもよい。 When n is 2 or more, R1 may be the same or different from each other, R2 may be the same or different from each other, and R3 may be the same or different from each other Good.
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