JP6065258B2 - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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100〜80質量%の水と0〜20質量%の有機溶媒とから成る溶媒と、少なくとも一種の支持電解質と、上記溶媒1リットルに対して0.03モル以上のπ−共役二重結合を有する少なくとも一種のモノマーと、を含む重合液を調製する調製工程、及び、
上記重合液に上記陽極と対極とを導入し、上記陽極のアルミニウム層と上記対極とに電荷を印加して、上記アルミニウム層の表面積1cm2あたり0.2〜15μAの範囲の電流密度で定電流電解重合を行うことにより、上記陽極の酸化アルミニウム皮膜上に導電性ポリマー層を形成する重合工程、
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に関する。
bは0又は1以上の整数を表し、
cは0又は1以上の整数を表し、
dは0又は1以上の整数を表し、
eは0又は1以上の整数を表し、
ただし、0≦b+e≦100、0≦c+d≦100であり、
R1は、水素又はメチル基を表し、
R2、R3及びR4は、同一であっても異なっていても良く、互いに独立に、炭素原子数が1〜8個の直鎖状又は分枝状のアルキル基又はアルケニル基を表し、
R5は、炭素原子数が1〜4個の直鎖状又は分枝状のアルキレン基又はアルケニレン基を表し、
R6は、水素、メチル基又はエチル基を表わす。)
で表されるアセチレンオール系界面活性剤と、
少なくとも一種の、上記アセチレンオール系界面活性剤以外の水溶性ノニオン界面活性剤と、
から成る、複合化ノニオン界面活性剤を使用するのが好ましい。この複合化ノニオン界面活性剤は、重合液中のモノマー濃度を顕著に増加させることがわかっている。
本発明において調製される重合液には、水リッチ溶媒と、支持電解質と、水リッチ溶媒1リットルに対して0.03モル以上のモノマーとが必須成分として含まれる。重合液の調製には、環境負荷が小さく、経済的にも優れる水が主溶媒として使用される。本発明の重合液には、水に加えて、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、アセトニトリル、アセトン、テトラヒドロフラン、酢酸メチルなどの有機溶媒が含まれていてもよいが、溶媒全体の80質量%以上は水である。水は溶媒全体の90質量%以上であるのが好ましく、溶媒全体の95質量%以上であるのがより好ましく、溶媒が水のみから成るのが特に好ましい。水リッチ溶媒における有機溶媒の含有量が増加すると、ポリマー粒子が緻密に充填された導電性ポリマー層が電解重合により電極上に形成されにくくなり、有機溶媒の含有量が溶媒全体の20質量%を超えると、得られた導電性ポリマー層及び固体電解コンデンサの耐熱性が顕著に低下する。
bは0又は1以上の整数を表し、
cは0又は1以上の整数を表し、
dは0又は1以上の整数を表し、
eは0又は1以上の整数を表し、
ただし、0≦b+e≦100、0≦c+d≦100であり、
R1は、水素又はメチル基を表し、
R2、R3及びR4は、同一であっても異なっていても良く、互いに独立に、炭素原子数が1〜8個の直鎖状又は分枝状のアルキル基又はアルケニル基を表し、
R5は、炭素原子数が1〜4個の直鎖状又は分枝状のアルキレン基又はアルケニレン基を表し、
R6は、水素、メチル基又はエチル基を表わす。)
で表されるアセチレンオール系界面活性剤と、
少なくとも一種の、上記アセチレンオール系界面活性剤以外の水溶性ノニオン界面活性剤と、
から成る、複合化ノニオン界面活性剤を使用するのが好ましい。この複合化ノニオン界面活性剤により大幅に増加した量のモノマーがノニオン界面活性剤のミセル中に濃縮されるため、速やかに電解重合が進行し、均一で緻密な、したがって高い電導度と高い耐熱性とを有する導電性ポリマー層が得られる。
重合工程では、上記調製工程において得られた重合液に、導電性ポリマー層の基体となるアルミニウム層とその表面に設けられた酸化アルミニウム皮膜とを有する陽極と、電解重合のために必要な対極と、を導入し、陽極のアルミニウム層と対極とに電荷を印加して、陽極のアルミニウム層の表面積1cm2あたり0.2〜15μAの範囲の電流密度で定電流電解重合を行い、陽極の酸化アルミニウム皮膜上に導電性ポリマー層を形成する。
実施例1
エッチングを施したアルミニウム箔(アルミニウム層)を皮膜耐圧3Vに化成した後、投影面積1×1cm2に打ち抜き、陽極とした。この陽極を、20質量%のEDOTを含むエタノール溶液に浸漬した後、室温で乾燥した。次いで、酸化剤であるパラトルエンスルホン酸鉄(III)を20質量%の濃度で含むエタノール溶液に浸漬し、室温での10分間の乾燥の後、高温処理した。この化学酸化重合工程を繰り返し、陽極の酸化皮膜上にPEDOTの化学重合膜を形成した。
ガラス容器に蒸留水50mLを導入し、この液にポリオキシエチレン(9)ノニルフェニルエーテル分岐型を1.0質量%の量で添加し、さらにEDOT0.21g(濃度0.03M)、p−ニトロフェノール0.35g(濃度0.05M)、及びボロジサリチル酸アンモニウム1.08g(濃度0.08M)を添加し、均一に攪拌して重合液を得た。上記モノマー量は、上記界面活性剤を含む水溶液と乳化させることができるモノマー量のほぼ最大量に相当する。
ガラス容器に蒸留水50mLを導入し、この液に2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオールを0.4質量%の量で添加し、さらにEDOT0.18g(濃度0.025M)、p−ニトロフェノール0.35g(濃度0.05M)、及びボロジサリチル酸アンモニウム1.08g(濃度0.08M)を添加し、均一に攪拌して重合液を得た。上記モノマー量は、上記界面活性剤を含む水溶液と乳化させることができるモノマー量のほぼ最大量に相当する。
ガラス容器に蒸留水50mLを導入し、この液にEDOTを0.14g(濃度0.02M)添加し、この液に20kHzの超音波を5分間照射し、EDOTの全量が油滴として水に分散した液を得た。この液に、p−ニトロフェノール0.35g(濃度0.05M)、及び、ボロジサリチル酸アンモニウム1.08g(濃度0.08M)を、この順番で添加し、均一に攪拌して重合液を得た。
実施例1で用いた陽極の化学重合膜にリード端子を取り付けた後、この陽極と実施例1で用いた対極とを比較例2で用いた重合液に導入し、陽極の化学重合膜と対極とに電荷を印加して、アルミニウム層1cm2あたり1.25μAの電流密度で90分間定電流電解重合を行った。通電電荷量は、2.7C/cm2である。化学重合膜の表面にPEDOTの電解重合膜が生成していた。重合後の膜をエタノールで洗浄し、水洗した後、乾燥した。最後に、PEDOTの電解重合層の上に、グラファイトペーストを塗布し、乾燥し、次いで銀ペーストを塗布し、乾燥して、皮膜耐圧3Vの陽極を備えた固体電解コンデンサを得た。
実施例1で用いた陽極に対して、化学酸化重合工程をさらに繰り返し実施し、陽極の酸化皮膜上に厚いPEDOTの化学重合膜を形成した。重合後の膜をエタノールで洗浄し、水洗した後、乾燥した。最後に、PEDOTの化学重合膜の上に、グラファイトペーストを塗布し、乾燥し、次いで銀ペーストを塗布し、乾燥して、皮膜耐圧3Vの陽極を備えた固体電解コンデンサを得た。
実施例3
実施例1で用いた重合液に、実施例1で用いた陽極と対極とを導入し、陽極のアルミニウム層と対極とに電荷を印加して、アルミニウム層1cm2あたり0.25μAの電流密度で、450分間定電流電解重合を行った。化学重合膜の表面にPEDOTの電解重合膜が生成していた。重合後の膜をエタノールで洗浄し、水洗した後、乾燥した。最後に、PEDOTの電解重合層の上に、グラファイトペーストを塗布し、乾燥し、次いで銀ペーストを塗布し、乾燥して、皮膜耐圧3Vの陽極を備えた固体電解コンデンサを得た。
実施例1で用いた重合液に、実施例1で用いた陽極と対極とを導入し、陽極のアルミニウム層と対極とに電荷を印加して、アルミニウム層1cm2あたり7.8μAの電流密度で、15分間定電流電解重合を行った。化学重合膜の表面にPEDOTの電解重合膜が生成していた。重合後の膜をエタノールで洗浄し、水洗した後、乾燥した。最後に、PEDOTの電解重合層の上に、グラファイトペーストを塗布し、乾燥し、次いで銀ペーストを塗布し、乾燥して、皮膜耐圧3Vの陽極を備えた固体電解コンデンサを得た。
実施例1で用いた重合液に、実施例1で用いた陽極と対極とを導入し、陽極のアルミニウム層と対極とに電荷を印加して、アルミニウム層1cm2あたり13μAの電流密度で、9分間定電流電解重合を行った。化学重合膜の表面にPEDOTの電解重合膜が生成していた。重合後の膜をエタノールで洗浄し、水洗した後、乾燥した。最後に、PEDOTの電解重合層の上に、グラファイトペーストを塗布し、乾燥し、次いで銀ペーストを塗布し、乾燥して、皮膜耐圧3Vの陽極を備えた固体電解コンデンサを得た。
実施例1で用いた重合液に、実施例1で用いた陽極と対極とを導入し、陽極のアルミニウム層と対極とに電荷を印加して、アルミニウム層1cm2あたり0.13μAの電流密度で、600分間定電流電解重合を行った。化学重合膜の表面にわずかなPEDOTの電解重合膜しか認められなかった。
実施例1で用いた重合液に、実施例1で用いた陽極と対極とを導入し、陽極のアルミニウム層と対極とに電荷を印加して、アルミニウム層1cm2あたり18μAの電流密度で、6.5分間定電流電解重合を行った。
実施例6
ガラス容器に、蒸留水:エタノールを質量比で95:5の割合で混合した混合溶媒50mLを導入し、この液にアセチレンオール系ノニオン界面活性剤である2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオールを0.4質量%と水溶性ノニオン界面活性剤であるポリオキシエチレン(9)ノニルフェニルエーテル分岐型を1.0質量%の量で添加し、さらにEDOT0.57g(濃度0.08M)、p−ニトロフェノール0.35g(濃度0.05M)、及びボロジサリチル酸アンモニウム1.08g(濃度0.08M)を添加し、均一に攪拌して重合液を得た。
ガラス容器に、蒸留水:エタノールを質量比で80:20の割合で混合した混合溶媒50mLを導入し、この液にアセチレンオール系ノニオン界面活性剤である2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオールを0.4質量%と水溶性ノニオン界面活性剤であるポリオキシエチレン(9)ノニルフェニルエーテル分岐型を1.0質量%の量で添加し、さらにEDOT0.57g(濃度0.08M)、p−ニトロフェノール0.35g(濃度0.05M)、及びボロジサリチル酸アンモニウム1.08g(濃度0.08M)を添加し、均一に攪拌して重合液を得た。
比較例7
実施例1で用いた重合液に、実施例1で用いた陽極と対極とを導入し、陽極のアルミニウム層と対極とに電荷を印加して、7Vで10時間定電圧電解重合を行った。化学重合膜の表面にわずかなPEDOTの電解重合膜しか認められなかった。
Claims (10)
- アルミニウム層と該アルミニウム層の表面に設けられた酸化アルミニウム皮膜とを有する陽極と、該陽極の酸化アルミニウム皮膜上に設けられた導電性ポリマー層と、を備えた固体電解コンデンサの製造方法であって、
100〜80質量%の水と0〜20質量%の有機溶媒とから成る溶媒と、少なくとも一種の支持電解質と、前記溶媒1リットルに対して0.03モル以上のπ−共役二重結合を有する少なくとも一種のモノマーと、を含む重合液を調製する調製工程、及び、
前記重合液に前記陽極と対極とを導入し、前記陽極のアルミニウム層と前記対極とに電荷を印加して、前記アルミニウム層の表面積1cm2あたり0.2〜15μAの範囲の電流密度で定電流電解重合を行うことにより、前記陽極の酸化アルミニウム皮膜上に導電性ポリマー層を形成する重合工程、
を含み、
前記重合液がさらに界面活性剤を含み、該界面活性剤が、
少なくとも一種の、式(I)
bは0又は1以上の整数を表し、
cは0又は1以上の整数を表し、
dは0又は1以上の整数を表し、
eは0又は1以上の整数を表し、
ただし、0≦b+e≦100、0≦c+d≦100であり、
R 1 は、水素又はメチル基を表し、
R 2 、R 3 及びR 4 は、同一であっても異なっていても良く、互いに独立に、炭素原子数が1〜8個の直鎖状又は分枝状のアルキル基又はアルケニル基を表し、
R 5 は、炭素原子数が1〜4個の直鎖状又は分枝状のアルキレン基又はアルケニレン基を表し、
R 6 は、水素、メチル基又はエチル基を表わす。)
で表されるアセチレンオール系界面活性剤と、
少なくとも一種の、前記アセチレンオール系界面活性剤以外の水溶性ノニオン界面活性剤と、
から成る複合化ノニオン界面活性剤であることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。 - 前記モノマーが3位と4位に置換基を有するチオフェンから選択された少なくとも一種の化合物である、請求項1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記式(I)で表されるアセチレンオール系界面活性剤が、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオールである、請求項1又は2に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記アセチレンオール系ノニオン界面活性剤以外の水溶性ノニオン界面活性剤が、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルから成る群から選択された少なくとも一種の化合物である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記溶媒が水のみから成る、請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記支持電解質が、非スルホン酸系有機支持電解質であって該支持電解質のアニオンの分子量が200以上である支持電解質から成る群から選択された少なくとも一種の化合物である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記支持電解質が、ボロジサリチル酸及びボロジサリチル酸塩から成る群から選択された少なくとも一種の化合物である、請求項6に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- ニトロベンゼン及びニトロベンゼン誘導体から成る群から選択された少なくとも一種の安定化剤をさらに含む、請求項7に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記陽極が酸化アルミニウム皮膜上に導電層を有しており、該導電層上に導電性ポリマー層を形成する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記導電層が、π−共役二重結合を有する少なくとも一種のモノマーの化学重合膜である、請求項9に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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