JP4882458B2

JP4882458B2 - 電解コンデンサ

Info

Publication number: JP4882458B2
Application number: JP2006101103A
Authority: JP
Inventors: 穣和田; 総芳遠藤; 正彦篠原; 剛史影山; 猛牧野
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007123820A

Description

本発明は、電解コンデンサに関し、さらに詳しくは充放電特性の良好な電解コンデンサに関する。

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アジピン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に電極引き出し手段を接続し、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。

ここで、このようなアルミ電解コンデンサにおいて、その静電容量を高めるためには、エッチング箔の実効表面積を拡大し単位面積当たりの静電容量の向上を図っており、エッチング箔の実効表面積を拡大させるエッチング技術の開発が行われている。このようなエッチング技術としては、エッチング液の組成やエッチング時に印加する電流波形の開発が行われている。（特許文献１、２）
特開２００５−２０３５２９号公報特開２００５−２０３５３０号公報

ところで、このような電解コンデンサは充放電電流が印加されるストロボ回路や、インバータ電源の平滑回路に用いられる。このような用途において、特に近年ではモーター用インバータ電源等の平滑コンデンサに大きな充放電電流が印加されるようになり、充放電特性の良好な電解コンデンサが求められている。

そこで、本発明は充放電特性の良好な電解コンデンサを提供することをその目的とする。

本発明の電解コンデンサは、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を空隙率20〜60％、比表面積30×10³〜400×10³cm²／cm³とし、前記弁金属粒子がその粒子径を少なくとも0.005〜0.1μmの範囲で所定の分布をもって混在して基材の表面に形成し電極材を
備えるコンデンサ素子内に、エチレングリコールとアンモニウム塩を含む電解液を含有したことを特徴としている。

以上の本発明に用いる電解コンデンサ用電極材は、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を空隙率２０〜６０％、比表面積３０×１０³〜４００×１０³ｃｍ²／ｃｍ³とし、前記弁金属粒子がその粒子径を少なくとも０．００５〜０．１μｍの範囲で、且つ空隙率２０〜６０％と、比表面積３０×１０ ³ 〜４００×１０ ³ ｃｍ ² ／ｃｍ ³ から得られるように粒径の小さい粒子の数を多くすると共に、粒径の大きい粒子の数を多くする分布をもって混在して基材の表面に形成した電極材であって、従来の電極箔の数倍の静電容量を有している。

さらに、前記弁金属粒子の一次粒子が、その粒子径を少なくとも０．００５〜０．１μｍの範囲で、且つ空隙率２０〜６０％と、比表面積３０×１０ ³ 〜４００×１０ ³ ｃｍ ² ／ｃｍ ³ から得られるように粒径の小さい粒子の数を多くすると共に、粒径の大きい粒子の数を多くする分布をもって混在しているので、粒径の小さい粒子によって静電容量は高くなり、粒径の大きい粒子によって空隙が確保できるので電解コンデンサを作成した後電解液との反応で生成される酸化皮膜による目詰まりを抑制することができる。

また、本発明の電解コンデンサ用電極材は、弁金属がアルミニウムであり、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層のAｌ／O組成比が2.0〜5.5であるので、静電容量の安定性を有することができ、さらにこの組成比の酸素の含有率によって弁金属粒子同士の接合性が向上する。

以上のような本発明の電極材とエチレングリコールとアンモニウム塩を含む電解液を含有する電解液を用いる本発明の電解コンデンサは、前記電極材と電解液との電気化学的安定性が良好であり、本発明の高静電容量特性を有する電極材を陰極に用い、エチレングリコールとアンモニウム塩を含む電解液を含有する化成性の良好な電解液を用いることによって、充放電特性の良好な電解コンデンサを実現することができる。すなわち、陰極に放電電圧が印加された時、陰極の静電容量が大きいと印加される電圧が低減でき、さらに電解液の化成性が良好なので陰極に対するストレスが小さくなって充放電特性が向上する。

本発明に用いる電解コンデンサ用電極材は、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を有する電極材であって、弁金属粒子層の空隙率は、20〜60％、好ましくは25〜55％、さらに好ましくは30〜50％である。そして、比表面積は、30×10³〜400×10³cm²／cm³、好ましくは70×10³〜400×10³cm²／cm³、さらに好ましくは90×10³〜400×10³cm²／cm³である。

比表面積は本発明の電極材に静電容量を有する皮膜を形成し、同様の皮膜を形成したプレーン箔の静電容量と面積から算出する。また、空隙率は水銀圧入法で測定することができる。

また、前記電極材は、前記弁金属粒子の一次粒子が、その粒子径を少なくとも０．００５〜０．１μｍの範囲で、且つ空隙率２０〜６０％と、比表面積３０×１０ ³ 〜４００×１０ ³ ｃｍ ² ／ｃｍ ³ から得られるように粒径の小さい粒子の数を多くすると共に、粒径の大きい粒子の数を多くする分布をもって混在している。このような小さな粒子によって高い静電容量が得られ、大きな粒子によって空隙が確保できるので電解コンデンサを作成した後電解液との反応で生成される酸化皮膜による目詰まりを抑制することができる。したがって、粒径の小さい粒子の数を多くすることによって、静電容量の大きな電極材が得られ、粒径の大きい粒子の数を多くすることによって静電容量の安定性を高めることができる。

また、本発明に用いる電解コンデンサ用電極材は、弁金属がアルミニウムであり、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層のAｌ／O組成比が2.0〜5.5である。Aｌ／O組成比は、ＧＤＳ分析によって測定、算出することができる。

前記電極材は、陰極として用いると好適であるが、陰極化成を施してもよい。さらに極低圧の陽極化成を施すことによって電解コンデンサ用陽極材として用いることもできる。化成方法は通常電解コンデンサ用アルミニウム箔の化成方法と同様の化成方法を用いることができる。

基材は、種々の金属や、場合によっては樹脂シートを用いることができるが、アルミニウムが好ましい。アルミニウムの純度は、９９ｗｔ％から９９．９９９ｗｔ％が好ましい。基材の厚みは１５〜２００μｍが好ましい。

以上のような電極材は、通常の蒸着法によって得ることができる。表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を形成するには、酸素を含む不活性ガス雰囲気内で蒸着を行う。不活性ガスとしては、アルゴン、窒素等を用いることができる。不活性ガスの圧力は０．０５〜０．８Ｐａ、酸素分圧は不活性ガスの圧力の１／１０以下が好ましい。

本発明に用いる電解コンデンサ用電解液は、エチレングリコールを溶媒として含み、アンモニウム塩を溶質として含むものであるが、エチレングリコールに以下の溶媒を混合することができる。混合する溶媒としては、水の他、プロピレングリコール等のグリコール類、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のラクトン類、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のアミド類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、イソブチレンカーボネート等の炭酸類、アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルスルホキシド等のオキシド類、エーテル類、ケトン類、エステル類、スルホラン、スルホラン誘導体を例示することができる。

そして、アンモニウム塩のアニオン成分としては、ギ酸、酢酸、アジピン酸、ラウリン酸、ステアリン酸、デカン酸、安息香酸、サリチル酸、マレイン酸、フタル酸、フマル酸、コハク酸、グルタル酸、アゼライン酸、セバシン酸、２−メチルアゼライン酸、３−ｔｅｒｔ−ブチルアジピン酸、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−ジカルボン酸等が挙げられる。

以下に実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

（実施例）０．１Ｐａの圧力の窒素と窒素の圧力の１／１０以下の圧力の酸素雰囲気で、２５μｍの９９．９ｗｔ％のアルミニウムシートにアルミニウムを蒸着して本発明の電極材を作成した。この電極材の金属粒子層の空隙率は４５％、比表面積は２×１０⁵ｃｍ²／ｃｍ³であった。この電極材を陰極材として用いる。
（比較例）塩酸、硫酸、硝酸の混合液を電解液に用い、周波数５０Ｈｚ以下、電流密度を１Ａ／ｃｍ²以下の交流電流を２５μｍの９９．９ｗｔ％のアルミニウムシートに印加してエッチング処理を行って陰極箔を作成し、表面に窒化チタン層を形成した。また、塩酸、硫酸、硝酸の混合液を電解液に用い、周波数２０Ｈｚ以下、電流密度を１Ａ／ｃｍ²以下の交流電流を９９．９ｗｔ％のアルミニウムシートに印加して芯厚が２５μｍとなるようにエッチング処理を行って、その後アジピン酸水溶液中で化成して陽極箔を作成した。

これらの電極材に電極引き出し手段を接続し、セパレータを介して積層し、コンデンサ素子を形成する。

上記のように構成したコンデンサ素子に、アルミ電解コンデンサの駆動用の電解液を含浸する。この電解液を含浸したコンデンサ素子を、アルミニウムよりなる外装ケースに収納し、アルミ電解コンデンサの封口を行う。

そして、電解液はエチレングリコール８５部、水５部、アゼライン酸１０部をアンモニアガスでｐＨ調整したものを用いた。

これらの電解コンデンサの初期値と定格電圧、６０℃、１０秒オン−オフの充放電試験の結果を（表１）に示す。

以上のように、陰極に本発明の電極材を陰極に用いた実施例は従来のエッチング箔を用いた比較例より充放電特性は良好である。

Claims

表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層を空隙率２０〜６０％、比表面積３０×１０³〜４００×１０³ｃｍ²／ｃｍ³とし、前記弁金属粒子がその粒子径を少なくとも０．００５〜０．１μｍの範囲で、且つ空隙率２０〜６０％と、比表面積３０×１０ ³ 〜４００×１０ ³ ｃｍ ² ／ｃｍ ³ から得られるように粒径の小さい粒子の数を多くすると共に、粒径の大きい粒子の数を多くする分布をもって混在して基材の表面に形成した電解コンデンサ用電極材を備えるコンデンサ素子内に、エチレングリコールとアンモニウム塩を含む電解液を含有した電解コンデンサ。
弁金属がアルミニウムであり、表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子層のＡｌ／Ｏ組成比が２．０〜５．５である請求項１記載の電解コンデンサ。