JP4984031B2

JP4984031B2 - Electrode capacitor electrode material

Info

Publication number: JP4984031B2
Application number: JP2006101098A
Authority: JP
Inventors: 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: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007123815A

Description

本発明は、電解コンデンサ用電極材に関し、さらに詳しくは従来にない高静電容量特性を有する電解コンデンサ用電極材に関する。 The present invention relates to an electrode material for an electrolytic capacitor, and more particularly to an electrode material for an electrolytic capacitor having unprecedented high capacitance characteristics.

近年、電子機器の小型化、高信頼性化に伴い、電解コンデンサに対する小型化、高容量化が強く要望されている。 In recent years, with the miniaturization and high reliability of electronic devices, there has been a strong demand for miniaturization and high capacity of electrolytic capacitors.

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 aqueous solution of ammonium adipate. 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）
また、エッチング層を圧下することによって、さらに静電容量を向上させる技術がある。（特許文献３）
特開２００５−２０３５２９号公報特開２００５−２０３５３０号公報特開平１０−１８９３９８号公報 In such an aluminum electrolytic capacitor, in order to increase its capacitance, the effective surface area of the etching foil is increased to improve the capacitance per unit area, and the etching technology that increases the effective surface area of the etching foil. Development is underway. As such an etching technique, the composition of an etching solution and the development of a current waveform applied during etching have been performed. (Patent Documents 1 and 2)
There is also a technique for further improving the electrostatic capacity by reducing the etching layer. (Patent Document 3)
JP 2005-203529 A JP 2005-203530 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-189398

ところで、このような電極箔を用いる電解コンデンサは車載用途に用いられるようになっている。車載用途では、車両への搭載スペースに限界があり、用いられる電子部品のスペースは限られている。しかしながら、車載用電子制御機器は多機能化しており、特に、エアバックは運転席から助手席、サイド、カーテンと数が増し、その作動のエネルギー源に用いられる電解コンデンサにはますます大きな静電容量が要求されている。 By the way, the electrolytic capacitor using such an electrode foil is used for in-vehicle use. In in-vehicle applications, there is a limit to the space for mounting on a vehicle, and the space for electronic components used is limited. However, in-vehicle electronic control devices have become multifunctional. In particular, the number of airbags has increased from driver seats to passenger seats, side seats, and curtains. Capacity is required.

しかし、前述したように電解コンデンサの搭載スペースには限界があり、これまでと同一サイズでの大容量が求められており、運転席からカーテンまですべてをまかなうには、現在のエッチング技術による電極箔では対応することができないほどの静電容量が必要である。 However, as described above, there is a limit to the mounting space for electrolytic capacitors, and a large capacity with the same size as before is required. To cover everything from the driver's seat to the curtain, the electrode foil using current etching technology Therefore, a capacitance that cannot be dealt with is necessary.

そこで、本発明は従来のエッチング箔では達成することのできない静電容量の大きな電解コンデンサ用電極材を提供することをその目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electrode material for an electrolytic capacitor having a large capacitance that cannot be achieved by a conventional etching foil.

本発明の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20×10³〜70×10³cm²／cm³とし、前記弁金属粒子が粒子径0.2μm以上のものを含んで基材の表面に形成した電解コンデンサ用電極材であって、従来の電極箔では実現できない静電容量を有している。 The electrode material for an electrolytic capacitor of the present invention has a valve metal particle layer having an oxide film on the surface thereof with a porosity of 20 to 60% and a specific surface area of 20 × 10 ³ to 70 × 10 ³ cm ² / cm ^3. Is an electrode material for electrolytic capacitors formed on the surface of a base material including particles having a particle diameter of 0.2 μm or more, and has a capacitance that cannot be realized by a conventional electrode foil.

また、前記電極材は、弁金属粒子層に粒子径が0.2μm以上の前記弁金属粒子を含んでいるので、弁金属粒子間に大きな空隙を設けることができる。したがって、陽極化成によって陽極酸化皮膜を形成した際に、酸化皮膜によって空隙が埋まってしまうというようなことが抑制され、高い静電容量を得ることができる。 Moreover, since the electrode material contains the valve metal particles having a particle diameter of 0.2 μm or more in the valve metal particle layer, a large gap can be provided between the valve metal particles. Therefore, when an anodic oxide film is formed by anodization, it is suppressed that the void is filled with the oxide film, and a high capacitance can be obtained.

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2.0〜125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。 In the electrode material for electrolytic capacitors of the present invention, the valve metal is aluminum, and the Al / O composition ratio of the valve metal particle layer having an oxide film on the surface is 2.0 to 125. Furthermore, the bonding property between the valve metal particles is improved by the oxygen content of this composition ratio.

本発明の電極材は、エッチング技術による電極箔では実現できない静電容量特性を有している。 The electrode material of the present invention has a capacitance characteristic that cannot be realized by an electrode foil obtained by etching technology.

以上のように、本発明の電解コンデンサ用電極材は、高い静電容量を有しているので、この電解コンデンサ用電極材を陽極化成して陽極に用いることによって、従来にない高い静電容量を有する電解コンデンサを実現することができる。 As described above, since the electrode material for electrolytic capacitors of the present invention has a high capacitance, by using this electrode material for electrolytic capacitors as an anode after anodizing, it has an unprecedented high capacitance. It is possible to realize an electrolytic capacitor having

本発明の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22〜58％、さらに好ましくは25〜55％である。そして、比表面積は、20×10³〜70×10³cm²／cm³、好ましくは30×10³〜60×10³cm²／cm³、さらに好ましくは35×10³〜55×10³cm²／cm³である。 The electrode material for electrolytic capacitors of the present invention is an electrode material having a valve metal particle layer having an oxide film on the surface, and the porosity of the valve metal particle layer is 20 to 60%, preferably 22 to 58%, Preferably it is 25 to 55%. The specific surface area is 20 × 10 ³ to 70 × 10 ³ cm ² / cm ³ , preferably 30 × 10 ^{3 to} 60 × 10 ³ cm ² / cm ³ , more preferably 35 × 10 ^{3 to} 55 × 10 ^3. cm ² / cm ³ .

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。 The specific surface area is calculated from the capacitance and area of a plain foil on which a film having capacitance is formed on the electrode material of the present invention, and a similar film is formed. The porosity can be measured by a mercury intrusion method.

また、前記電極材は、弁金属粒子層に粒子径が0.2μm以上の表面に酸化皮膜を有する弁金属粒子を含んでいるので、弁金属粒子間に大きな空隙を設けることができる。したがって、陽極化成によって陽極酸化皮膜を形成した際に、酸化皮膜によって空隙が埋まってしまうというようなことが抑制され、高い静電容量を得ることができる。 Further, since the electrode material includes valve metal particles having an oxide film on the surface having a particle diameter of 0.2 μm or more in the valve metal particle layer, a large gap can be provided between the valve metal particles. Therefore, when an anodic oxide film is formed by anodization, it is suppressed that the void is filled with the oxide film, and a high capacitance can be obtained.

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2.0〜125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。 In the electrode material for electrolytic capacitors of the present invention, the valve metal is aluminum, and the Al / O composition ratio of the valve metal particle layer having an oxide film on the surface is 2.0 to 125. The Al / O composition ratio can be measured and calculated by GDS analysis.

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。 As the substrate, various metals and, in some cases, resin sheets can be used, but aluminum is preferable. The purity of aluminum is preferably 99 wt% to 99.999 wt%. The thickness of the substrate is preferably 15 to 200 μm.

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。 The electrode material as described above can be obtained by a normal vapor deposition method. In order to form a valve metal particle layer having an oxide film on the surface, vapor deposition is performed in an inert gas atmosphere containing oxygen. Argon, nitrogen, etc. can be used as the inert gas. The pressure of the inert gas is preferably 0.05 to 0.8 Pa, and the oxygen partial pressure is preferably 1/10 or less of the pressure of the inert gas.

本発明の電解コンデンサ用電極材は、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と好適である。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。 The electrode material for electrolytic capacitors of the present invention is preferably used as an anode material for electrolytic capacitors by anodizing. As a chemical conversion method, a chemical conversion method similar to that of an aluminum foil for electrolytic capacitors can be used.

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）０．３Ｐａ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内で、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。その後、アジピン酸アンモニウム水溶液中で２０Ｖ電圧印加によって陽極化成を行った。
（比較例1）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い、エッチング箔を作成した。その後、実施例と同様にして陽極化成を行った。 The present invention will be described more specifically with reference to the following examples.
(Example) The electrode material of the present invention is prepared by depositing aluminum on a 99.9 wt% aluminum sheet of 25 μm in an oxygen atmosphere at a pressure of 1/10 or less of the pressure of nitrogen of 0.3 Pa and the pressure of nitrogen. did. Thereafter, anodization was performed by applying a voltage of 20 V in an aqueous solution of ammonium adipate.
(Comparative Example 1) A mixed liquid of hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid was used as an electrolyte, an alternating current having a frequency of 20 Hz or less and a current density of 1 A / cm ² or less was applied to an aluminum sheet of 99.9 wt%, and the core thickness was 25 μm. Etching treatment was performed to obtain an etching foil. Thereafter, anodization was performed in the same manner as in the example.

（比較例2）比較例１のエッチング箔を圧延して圧下箔とした。その後、実施例と同様にして陽極化成を行った。 (Comparative Example 2) The etching foil of Comparative Example 1 was rolled into a reduced foil. Thereafter, anodization was performed in the same manner as in the example.

これらの電極材の金属粒子層またはエッチング層の空隙率、比表面積、静電容量を（表１）に示す。 The porosity, specific surface area, and capacitance of the metal particle layer or etching layer of these electrode materials are shown in Table 1.

以上のように、圧下箔である比較例２は従来のエッチング箔である比較例１より静電容量は４０％向上している。しかしながら、本発明の電解コンデンサ用電極材は、エッチング箔の２．３倍、圧下箔の１．６倍の静電容量を示しており、従来のエッチング箔、圧下箔では実現することのできない静電容量特性を有する電極材であることがわかる。 As described above, the capacitance of Comparative Example 2 which is a reduction foil is 40% higher than that of Comparative Example 1 which is a conventional etching foil. However, the electrode material for electrolytic capacitors of the present invention has a capacitance that is 2.3 times that of the etching foil and 1.6 times that of the reduction foil, and is static that cannot be realized with conventional etching foils and reduction foils. It can be seen that the electrode material has capacitance characteristics.

Claims

The valve metal particle layer having an oxide film on the surface has a porosity of 20 to 60% and a specific surface area of 20 × 10 ³ to 70 × 10 ³ cm ² / cm ³ , and the valve metal particle is anodized by anodization. An electrode material for an electrolytic capacitor formed on the surface of a base material including a material having a particle diameter of 0.2 μm or more so that a void is not filled with the anodized film when formed .

The electrode material for an electrolytic capacitor according to claim 1, wherein the valve metal is aluminum, and the Al / O composition ratio of the valve metal particle layer having an oxide film on the surface thereof is 2.0 to 125.