JP4992522B2 - コンデンサ用電極箔及びそれを用いたコンデンサ - Google Patents

Description

本発明は各種電子機器に使用されるコンデンサ用電極箔及びそれを用いたコンデンサに関するものである。

各種コンデンサに使用されるコンデンサ用電極箔（以下、電極箔と呼ぶ）は、単位面積当たりの表面積を拡大して容量拡大を図る目的で、一般に表面を粗面化して用いるようにしており、この粗面化作業はエッチングによるものと、蒸着によるものとに大別される。

上記エッチングによるものとしては、塩素イオンを含むエッチング液中でアルミニウム箔を電解エッチングする際に、前段でアルミニウム箔の直流電解エッチングを行い、後段で前記アルミニウム箔の浸漬処理をした後、交流電解エッチングの電流密度を徐々に上昇させ、その後一定電流密度でエッチングを行う方法により、アルミニウム原箔の特性変化があっても、後段の交流電解エッチングの開始点となる一定の初期ピットを作ることができて安定した品質の電極箔を製造することができる（特許文献１）等の技術が開示されている。

また、蒸着によるものとしては、酸素又は酸素化化合物を含む雰囲気でアルミニウムを蒸発させ、次いで凝縮及び凝固させることにより、デポジットゾーンの圧力が２．８〜０．３Ｐａであるチャンバ内の固定又は可動基板の片面又は両面に、０．０３〜０．２マイクロメートル／秒の厚み増加速度でデポジットを形成する方法により、比較的大きな容量が得られる（特許文献２）等の技術が開示されている。
特開平９−１７１９４５号公報 特公平７−１５８６４号公報

しかしながら上記従来のコンデンサ用電極箔では、アルミニウム箔の表面をエッチングにより粗面化する特許文献１の技術では、エッチング技術ならびにコンデンサ用電極箔の機械的強度面から、エッチング加工による表面積の更なる拡大には自ずと限界があり、これ以上の容量拡大を図ることは極めて困難であるという課題を有したものであった。

また、アルミニウム箔の表面にアルミニウムを蒸着させて粗面化する特許文献２の技術では、蒸着層を形成する各粒子間の繋がり（結合強度）が弱いために化成時にネッキング部が破壊されるという課題があり、このような破壊が発生すると、破壊した箇所から先には電流が流れなくなるため、所望の容量が得られないというものであった。

さらに、このように各粒子間の結合強度を確保することが難しい状態のコンデンサ用電極箔では、巻回形の素子を作製する際に加わる機械的応力によって蒸着層が破壊されてしまうため、巻回形の素子を作製するのが極めて困難であるという課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、更なる粗面化によって表面積を拡大し、かつ、高い機械的強度を有し、高容量化を実現することができるコンデンサ用電極箔を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、アルミニウム箔からなる基材と、この基材の表面に蒸着によって形成されたアルミニウムの蒸着層からなり、この蒸着層が、空孔径の最頻値が０．０５μｍ〜０．１０μｍ、蒸着層の厚み（両面）が５０μｍ〜８０μｍであり、かつ、蒸着層が、基材から表層に向かって霜柱状構造に、かつ、夫々の柱は個々の粒子が複数に枝分かれして一体に結合した、いわゆる、海ぶどう状に形成された構成にしたものである。

以上のように本発明によるコンデンサ用電極箔は、蒸着層が基材から表層に向かって霜柱状構造に、かつ、夫々の柱は個々の粒子が複数に枝分かれして一体に結合した、いわゆる、海ぶどう状に形成されることにより、更なる粗面化によって表面積を拡大し、かつ、高い機械的強度を有するため、最適な空孔径と厚みを選択することによって薄膜化による小型化と、高容量化を同時に実現することができるという効果が得られるものである。

（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明する。

図１は本発明の一実施の形態によるコンデンサ用電極箔の構成を示したＳＥＭ（走査電子顕微鏡）写真（１万倍）、図２は図１の要部を拡大したＳＥＭ写真（３万倍）である。

図１、図２において、１はアルミニウム箔からなる基材、１ａはこの基材１の表面に蒸着によって形成されたアルミニウムの蒸着層であり、図１から分かるように、蒸着層１ａは基材１から表層に向かって霜柱状の構造に複数が密集して形成されており、また、このような霜柱状構造に形成された蒸着層１ａを構成する夫々の柱は、図２から分かるように、個々の粒子が複数に枝分かれした状態で一体に結合した、いわゆる、海ぶどう状の構造に形成されているものである。

なお、このように構成された本実施の形態によるコンデンサ用電極箔は、厚みが５０μｍの高純度アルミニウム箔を用い、真空雰囲気の中にアルゴンガスと酸素を流入させてアルミニウム箔の表面にアルミニウムの微粒子を蒸着させるようにして作製したものであるが、これらはいずれも公知の製造装置ならびに製造方法を用いて行ったものである。

このように構成された本実施の形態によるコンデンサ用電極箔は、図３の空孔径分布を示した特性図から明らかなように、空孔径の最頻値が約０．０３μｍと極めて微細なものであるため、比較用に示したエッチングによる同電極箔の空孔径の最頻値である約０．１５μｍと比較して極めて微細化されたものであり、これにより、表面積を大きく拡大することができるばかりでなく、蒸着層１ａが基材１から表層に向かって霜柱状構造に形成されているために、コンデンサとしてみた場合に、液（駆動用電解液やポリマー等）の含浸性に優れるという特徴を有するものである。

さらに、上記霜柱状構造の夫々の柱が、個々の粒子が複数に枝分かれして一体に結合した、いわゆる、海ぶどう状に形成されているために、個々の粒子間の結合強度が高くなってネッキング部の破壊を抑制することができるようになり、これにより、化成時にネッキング部が破壊されるということがなくなるばかりでなく、このコンデンサ用電極箔を用いて巻回形の素子を作製することも容易になるものである。

次に、このように構成された本発明によるコンデンサ用電極箔の特性について、以下に詳細に説明する。

図４は本発明によるコンデンサ用電極箔の空孔径による蒸着層厚み（両面）と化成容量指数との関係を示した特性図であり、比較用に示したエッチングによる電極箔のエッチング層厚み（両面）が８０μｍの場合の化成容量を１００とし、各空孔径の最頻値における蒸着層厚みによる化成容量を指数化して示したものである。

なお、化成条件としては、化成電圧５Ｖ、保持時間２０分、７％アジピン酸アンモニウム水溶液、７０℃、０．０５Ａ／ｃｍ²で化成を行い、測定条件としては、インピーダンスアナライザーを用い、８％ホウ酸アンモニウム水溶液、３０℃、測定面積１０ｃｍ²、測定周波数１２０Ｈｚで行った。

図４から明らかなように、空孔径の最頻値が小さくなるに従い、蒸着層の厚みに比例した化成容量指数はより一層大きくなり、比較用に示したエッチングによる電極箔よりも各蒸着層厚みにおいて化成容量指数が高く、これにより薄膜化と同時に高容量化が図れることが分かり、このような効果は空孔径が小さくなることによって比表面積の拡大が図られていることに起因するものと判断できる。

図５は本発明によるコンデンサ用電極箔の空孔径による蒸着層厚み（両面）と電解質被覆率との関係を示した特性図であり、ここでいう電解質被覆率（％）とは、固体電解質形成後の容量指数（製品容量指数）／化成容量指数×１００で算出した値とした。

なお、固体電解質形成条件としては、ピロールモノマーを電解重合することにより固体電解質を形成した後、カーボンと銀ペーストを塗布することにより陰極層を形成したものである。

図５から明らかなように、空孔径の最頻値が小さくなるに従い、蒸着層の厚みに比例して電解質被覆率がより一層低下する。これにより、蒸着層の厚みを厚くするのであれば、空孔径の最頻値を大きくする必要があり、また逆に、蒸着層の厚みを薄くすれば、電解質被覆率を低下させずに空孔径の最頻値を小さくすることができることが分かる。

なお、このように電解質被覆率が低下する理由としては、空孔径の最頻値が小さくなるとモノマーの含浸性が悪化し、更に蒸着層の厚みが増すことによってより一層悪化してしまうためである。

従って、上記図４に示した空孔径による蒸着層厚み（両面）と化成容量指数との関係と、図５に示した空孔径による蒸着層厚み（両面）と電解質被覆率との関係から、空孔径による蒸着層厚み（両面）と製品容量の関係を求めると図６に示すような結果が得られる。

図６は上記本発明によるコンデンサ用電極箔の空孔径による蒸着層厚み（両面）と製品容量指数との関係を示した特性図であり、図６から明らかなように、上記図４において最も高い化成容量指数を示した、空孔径の最頻値が０．０１μｍのものは、図５に示すように電解質被覆率が低いため、製品容量指数としては比較用に示したエッチングによる電極箔のエッチング層厚みが８０μｍの場合の製品容量指数１００を上回ることはできないことが分かる。

また、空孔径の最頻値が０．０２μｍのものでは、蒸着層厚みが２０〜８０μｍの範囲において、エッチングによる電極箔のエッチング層厚みが８０μｍの場合の製品容量指数１００を上回ることができるが、空孔径の最頻値が０．０２μｍを超えるものでは蒸着層厚みが薄い範囲において、上記エッチングによる電極箔のエッチング層厚みが８０μｍの場合の製品容量指数１００を上回ることができない場合があることが分かる。

但し、このようにエッチングによる電極箔のエッチング層厚みが８０μｍの場合の製品容量指数１００を上回ることができない場合でも、蒸着層厚み当たりの容量はエッチングによる電極箔を大きく超えているために蒸着層厚みが薄いものを用いても同等の容量を得ることが可能になり、更に、空孔径の最頻値が大きくなるに従って電解質被覆率が高まるために、製品としての信頼性は高くなるものである。

すなわち、エッチングによる電極箔のエッチング層厚みが８０μｍ（両面）の場合、機械的強度確保のためにエッチング層以外の芯部として２５μｍが必要なため、電極箔としての総厚みは１０５μｍとなるが、本発明によれば、蒸着層厚み（両面）が２０μｍで略同等の容量を得ることが可能なため、電極箔としての総厚みは２０μｍ＋２５μｍ＝４５μｍで良いことになり、この厚みの差分だけ電極箔を薄くすることが可能になるものである。

このように、本実施の形態によるコンデンサ用電極箔は、空孔径の最頻値が０．０２〜０．１０μｍ、かつ、蒸着層の厚み（両面）が２０〜８０μｍの範囲において、エッチングによる電極箔のエッチング層厚み（両面）が８０μｍの場合の製品容量指数１００を大きく上回って最も顕著な効果を発揮することができるものであり、これにより、薄膜化による小型化と、高容量化を同時に実現することが可能になるという格別の効果を奏するものである。

本発明によるコンデンサ用電極箔は、薄膜化による小型化と、高容量化を同時に実現することができるという効果を有し、固体電解質を形成するコンデンサに有用である。

本発明の一実施の形態によるコンデンサ用電極箔の構成を示したＳＥＭ写真 図１の要部を拡大したＳＥＭ写真 同コンデンサ用電極箔の空孔径分布を示した特性図 同コンデンサ用電極箔の空孔径による蒸着層厚みと化成容量指数の関係を示した特性図 同コンデンサ用電極箔の空孔径による蒸着層厚みと電解質被覆率の関係を示した特性図 同コンデンサ用電極箔の空孔径による蒸着層厚みと製品容量指数の関係を示した特性図

符号の説明

１ 基材
１ａ 蒸着層

Claims (3)

1. アルミニウム箔からなる基材と、この基材の表面に基材から表層に向かって霜柱状構造に形成され、かつ、前記霜柱状構造の夫々の柱は個々の粒子が複数に枝分かれして一体に結合されたアルミニウムの蒸着層からなり、この蒸着層は、空孔径の最頻値が０．０５μｍ〜０．１０μｍであり、かつ、蒸着層の厚み（両面）は５０μｍ〜８０μｍであるコンデンサ用電極箔。
2. 請求項１に記載の前記コンデンサ用電極箔に固体電解質を形成したコンデンサ。
3. 前記固体電解質は、前記蒸着層にモノマーを含浸して電解重合することにより形成されたものである請求項２に記載のコンデンサ。