JP4803750B2 - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
この電解質層は、電解コンデンサにおいて真の陰極としての役割を担い、電解コンデンサの電気特性に大きな影響を及ぼす。
この重合度合いの進行にバラツキが生じると、コンデンサの電気特性のバラツキが生ずることになり、さらに液の重合が進むと粘度が高くなり、コンデンサ素子を充分に含浸することができなくなるため、液交換を頻繁に行わなければならず、製造コストが高くなるという問題があった。
市場では、デジタル関連機器の急速な進歩による精密な電子回路制御に伴い、産業機器用や自動車用として125℃を超える高温領域にも耐えうる固体コンデンサが切望されている。ここで、PEDOTの初期的な耐熱性は、熱分析による分解温度として約350℃となっているため、125℃を超える高温領域における短時間の使用に関しては特に特性劣化はないが、産業機器用や自動車用、および一部の過酷な使用環境に用いられるデジタル関連機器において望まれている高温領域での5000時間を超える長時間の寿命特性を達成することはできないという問題があった。
それらに鑑みて検討を繰り返した結果、酸化剤およびモノマーを別々に含浸してコンデンサ素子内に導電性高分子を形成した後、さらに老化防止剤を含浸することにより、高温領域で長時間使用しても特性の劣化が起こりにくいコンデンサを製造することに成功し、本発明を完成した。ここで、上記老化防止剤は、酸化防止剤として働き、PEDOT等の酸化劣化による低分子化を抑制するものである。
前記導電性高分子がポリチオフェンまたはそれらの誘導体であり、前記導電性高分子層を形成した後、さらに前記コンデンサ素子を老化防止剤溶液に浸漬する工程を有し、
前記老化防止剤が、2,5−ジ−tert−アミルヒドロキノン、2,5−ジ−tert−ブチルヒドロキノン、4,4’−ジ−ヒドロキシジフェニルシクロヘキサン、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、4,4’−チオ−ビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、ビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)スルフィド、2,2’−メチレン−ビス−(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)、および4,4’−ブチリデン−ビス−(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)からなる群から選択される、ことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法である。
前記導電性高分子がポリチオフェンまたはそれらの誘導体であり、前記導電性高分子層に2,5−ジ−tert−アミルヒドロキノン、2,5−ジ−tert−ブチルヒドロキノン、4,4’−ジ−ヒドロキシジフェニルシクロヘキサン、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、4,4’−チオ−ビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、ビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)スルフィド、2,2’−メチレン−ビス−(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)、および4,4’−ブチリデン−ビス−(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)からなる群から選択される、老化防止剤が付着していることを特徴とする固体電解コンデンサである。
前記導電性高分子がポリエチレンジオキシチオフェンであり、前記導電性高分子層を形成した後、さらに前記コンデンサ素子を老化防止剤溶液に浸漬する工程を有し、
前記老化防止剤が、2,5−ジ−tert−アミルヒドロキノン、2,5−ジ−tert−ブチルヒドロキノン、4,4’−ジ−ヒドロキシジフェニルシクロヘキサン、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、4,4’−チオ−ビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、ビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)スルフィド、2,2’−メチレン−ビス−(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)、および4,4’−ブチリデン−ビス−(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)からなる群から選択される、ことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法である。
前記導電性高分子がポリエチレンジオキシチオフェンであり、
前記導電性高分子層に2,5−ジ−tert−アミルヒドロキノン、2,5−ジ−tert−ブチルヒドロキノン、4,4’−ジ−ヒドロキシジフェニルシクロヘキサン、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、4,4’−チオ−ビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、ビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)スルフィド、2,2’−メチレン−ビス−(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)、および4,4’−ブチリデン−ビス−(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)からなる群から選択される、老化防止剤が付着していることを特徴とする固体電解コンデンサである。
導電性高分子がポリチオフェン、およびその誘導体(PEDOT等)の場合、好ましい酸化剤溶液は、p−トルエンスルホン酸第二鉄のブタノール溶液であり、導電性高分子がポリアニリン、ポリピロール、およびその誘導体の場合、好ましい酸化剤溶液は過硫酸塩を含む溶液である。
本発明において、重合性モノマーとは、化学重合により上記導電性高分子を形成できるモノマーを指す。例えば、導電性高分子がポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、またはそれらの誘導体の場合、重合性モノマーはチオフェン、アニリン、ピロール、またはこれらの誘導体である。例えば、ポリチオフェンの誘導体であるPEDOTの場合、重合性モノマーは、3,4−エチレンジオキシチオフェンである。
その後、老化防止剤を0.05〜30.0重量%含有するアルコール溶液中に、2〜60秒間浸漬して含浸させた後、50〜200℃で5〜60分間加熱乾燥を行う。
この工程は複数回繰り返されてもよい。例えば、酸化剤溶液、重合性モノマー溶液の順に含浸してPEDOTを形成する場合、コンデンサ素子を酸化剤溶液に浸漬後、取り出して乾燥し、その後、重合性モノマー溶液に浸漬する一連の工程を複数回繰り返しても良く、または、酸化剤溶液に浸漬後、取り出して乾燥する工程を複数回繰り返し、その後、重合性モノマー溶液に浸漬してもよい。
すなわち、表面に酸化皮膜を生成させた市販のアルミニウム陽極箔、市販のアルミニウム陰極箔、市販の非木材繊維系セパレータ等を用いることができる。
先ず所定の幅と長さに裁断された陽極箔と陰極箔に、それぞれ陽極リード線および陰極リード線を接続し、さらにセパレータを介して巻回し、図1のようなコンデンサ素子を作製した。
上記重合前処理済みコンデンサ素子を、40%のp−トルエンスルホン酸鉄/ブタノール溶液に30秒間浸漬して含浸後、125℃で60分間加熱し乾燥させた。
この後、エタノールとモノマー(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の比率を2:1に調製した液に当該コンデンサ素子を10秒間浸漬して含浸後、50℃で1時間加熱し、さらに150℃で2時間加熱して化学重合によるPEDOTを形成させた。
続いて当該コンデンサ素子を、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを0.5%溶解させた常温のメタノール中に30秒間浸漬して含浸させた後、100℃で30分間加熱し、乾燥を行った。
さらに、このコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、封口部をゴムパッキングにより密封した後、エージング処理を行い、定格4V−680μFの固体電解コンデンサを作製した。
老化防止剤として、2,2’−メチレン−ビス−(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)を用いた以外は、実施例1-1と同様の方法により、同仕様の固体電解コンデンサを作製した。
上記のコンデンサ素子にPEDOTを形成させただけで、老化防止剤を含浸する工程を行わない以外は、実施例1-1と同様の方法により、同仕様の固体電解コンデンサを作製した。
上記重合前処理済みコンデンサ素子を、40%のp−トルエンスルホン酸鉄/ブタノール溶液に30秒間浸漬して含浸後、125℃で20分間加熱し乾燥させた。
この後、クロロホルムとモノマー(チオフェン)の比率を2:1に調製した室温の溶液に当該コンデンサ素子を10秒間浸漬して含浸後、50℃で1時間加熱し、さらに125℃で4時間加熱して化学重合によるポリチオフェンを形成させた。
続いて当該コンデンサ素子を、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを0.5%溶解させた常温のメタノール中に30秒間浸漬して含浸させた後、100℃で30分間加熱し、乾燥を行った。
さらに、このコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、封口部をゴムパッキングにより密封した後、エージング処理を行い、定格4V−680μFの固体電解コンデンサを作製した。
老化防止剤として、2,2’−メチレン−ビス−(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)を用いた以外は、実施例2-1と同様の方法により、同仕様の固体電解コンデンサを作製した。
上記のコンデンサ素子にポリチオフェンを形成させただけで、老化防止剤を含浸する工程を行わない以外は、実施例2-1と同様の方法により、同仕様の固体電解コンデンサを作製した。
上記重合前処理済みコンデンサ素子を、モノマー(アニリン)を3重量%溶解させたキシレン溶液に、5℃で15分間浸漬して含浸後、40℃中の真空槽内にて4時間乾燥させた後、純水:エタノール:キシレンを重量比にて1:5:1に混合した溶媒中に、1mol/Lのドデシルベンゼンスルホン酸、および0.1mol/Lの過硫酸アンモニウムを溶解させた10℃の溶液に当該コンデンサ素子を3分間浸漬して含浸し、その後60℃中の真空槽内にて8時間乾燥して化学重合によるポリアニリンを形成させた。
続いて当該コンデンサ素子を、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを0.5%溶解させた常温のメタノール中に30秒間浸漬して含浸させた後、100℃で30分間加熱し、乾燥を行った。
さらに、このコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、封口部をゴムパッキングにより密封した後、エージング処理を行い、定格4V−680μFの固体電解コンデンサを作製した。
老化防止剤として、2,2’−メチレン−ビス−(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)を用いた以外は、参考例3-1と同様の方法により、同仕様の固体電解コンデンサを作製した。
上記のコンデンサ素子にポリアニリンを形成させただけで、老化防止剤を含浸する工程を行わない以外は、参考例3-1と同様の方法により、同仕様の固体電解コンデンサを作製した。
上記重合前処理済みコンデンサ素子を、純水:エタノールを重量比にて1:1に混合した溶媒中に、モノマー(ピロール)6mol/Lを溶解させた15℃の溶液に5分間浸漬して含浸後、直ちに、純水に0.3mol/L過硫酸アンモニウム、および0.1mol/Lパラトルエンスルホン酸を溶解させた10℃の溶液に3分間浸漬して含浸後、アセトン:純水を重量比にて1:1に混合した10℃の溶媒中で揺動洗浄し、125℃の熱風に20分暴露させて乾燥させる。この一連の工程を1サイクルとして、計5回繰り返して化学重合によるポリピロールを形成させた。
続いて当該コンデンサ素子を、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを0.5%溶解させた常温のメタノール中に30秒間浸漬して含浸させた後、100℃で30分間加熱し、乾燥を行った。
さらに、このコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、封口部をゴムパッキングにより密封した後、エージング処理を行い、定格4V−680μFの固体電解コンデンサを作製した。
老化防止剤として、2,2’−メチレン−ビス−(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)を用いた以外は、参考例4-1と同様の方法により、同仕様の固体電解コンデンサを作製した。
上記のコンデンサ素子にポリピロールを形成させただけで、老化防止剤を含浸する工程を行わない以外は、参考例4-1と同様の方法により、同仕様の固体電解コンデンサを作製した。
特に、導電性高分子がPEDOTの場合、非常に優れた電気特性を有するコンデンサを得ることができた。
また、PEDOT以外のポリチオフェンの誘導体でも、同様の効果を得ることができた。
2 セパレータ
3 陰極箔
4 コンデンサ素子
5 陽極リード線
6 陰極リード線
Claims (4)
- 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、酸化剤溶液、重合性モノマー溶液を順次含浸して、該重合性モノマーを化学重合させることにより、導電性高分子層を前記コンデンサ素子に形成する工程を有する、固体電解コンデンサの製造方法において、
前記導電性高分子がポリチオフェンまたはその誘導体であり、前記導電性高分子層を形成した後、さらに前記コンデンサ素子を老化防止剤溶液に浸漬する工程を有し、
前記老化防止剤が、2,5−ジ−tert−アミルヒドロキノン、2,5−ジ−tert−ブチルヒドロキノン、4,4’−ジ−ヒドロキシジフェニルシクロヘキサン、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、4,4’−チオ−ビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、ビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)スルフィド、2,2’−メチレン−ビス−(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)、および4,4’−ブチリデン−ビス−(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)からなる群から選択される、ことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。 - 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、酸化剤溶液、重合性モノマー溶液を順次含浸して、該重合性モノマーを化学重合させることにより、導電性高分子層を前記コンデンサ素子に形成する工程を有する、固体電解コンデンサの製造方法において、
前記導電性高分子がポリエチレンジオキシチオフェンであり、前記導電性高分子層を形成した後、さらに前記コンデンサ素子を老化防止剤溶液に浸漬する工程を有し、
前記老化防止剤が、2,5−ジ−tert−アミルヒドロキノン、2,5−ジ−tert−ブチルヒドロキノン、4,4’−ジ−ヒドロキシジフェニルシクロヘキサン、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、4,4’−チオ−ビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、ビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)スルフィド、2,2’−メチレン−ビス−(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)、および4,4’−ブチリデン−ビス−(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)からなる群から選択される、ことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。 - 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、導電性高分子層を形成してなる固体電解コンデンサにおいて、
前記導電性高分子がポリチオフェンまたはその誘導体であり、
前記導電性高分子層に2,5−ジ−tert−アミルヒドロキノン、2,5−ジ−tert−ブチルヒドロキノン、4,4’−ジ−ヒドロキシジフェニルシクロヘキサン、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、4,4’−チオ−ビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、ビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)スルフィド、2,2’−メチレン−ビス−(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)、および4,4’−ブチリデン−ビス−(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)からなる群から選択される、老化防止剤が付着していることを特徴とする固体電解コンデンサ。 - 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、導電性高分子層を形成してなる固体電解コンデンサにおいて、
前記導電性高分子がポリエチレンジオキシチオフェンであり、
前記導電性高分子層に2,5−ジ−tert−アミルヒドロキノン、2,5−ジ−tert−ブチルヒドロキノン、4,4’−ジ−ヒドロキシジフェニルシクロヘキサン、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、4,4’−チオ−ビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、ビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)スルフィド、2,2’−メチレン−ビス−(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)、および4,4’−ブチリデン−ビス−(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)からなる群から選択される、老化防止剤が付着していることを特徴とする固体電解コンデンサ。
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