JP6402269B1 - 電解コンデンサ、及び電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の一態様にかかる電解コンデンサ1は、弁金属11と、弁金属11の表面に形成された誘電体酸化皮膜層12と、誘電体酸化皮膜層12の上に形成された表面処理剤層13と、表面処理剤層13の上に形成された電解質層14と、を備える。電解質層14は、導電性高分子層とイオン液体とを含んでいる。例えば、導電性高分子層は、表面処理剤層と接するように形成されており、イオン液体は、導電性高分子層と表面処理剤層との界面に存在する空隙の少なくとも一部に充填されている。
【選択図】図1
Description
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、実施の形態にかかる電解コンデンサを説明するための断面図である。
図1に示すように、本実施の形態にかかる電解コンデンサ1は、弁金属11の上に、誘電体酸化皮膜層12、表面処理剤層13、電解質層14、グラファイト層15、銀層16が順番に形成されている。電解質層14は、導電性高分子層とイオン液体とを含んでいる。
イオン液体はカチオンとアニオンとによって構成される融点が100℃以下の塩である。以下に示すカチオンとアニオンを適宜組み合わせることでイオン液体を選択することができる。以下に示すものは一例であり、以下に示すカチオンやアニオン以外の材料を用いてイオン液体を構成してもよい。また、本発明では一種類以上のイオン液体を用いればよく、二種類以上のイオン液体を用いても問題はない。
次に、電解コンデンサの第1の製造方法(製法1)について説明する。
図2は、本実施の形態にかかる電解コンデンサの製造方法(製法1)を説明するためのフローチャートである。以下では、図1の断面図を参照しつつ、図2に示す電解コンデンサの製造方法について説明する。
次に、電解コンデンサの第2の製造方法(製法2)について説明する。
図3は、本実施の形態にかかる電解コンデンサの製造方法(製法2)を説明するためのフローチャートである。図3に示す製法2は、図2に示した製法1と比べて、ステップS16の洗浄工程を備える点が異なる。これ以外の製造工程については、図2に示した製法1と同様であるので重複した説明は省略する。すなわち、図3に示す製法2のステップS10〜S15は、図2に示した製法1のステップS1〜S6と同様である。また、図3に示す製法2のステップS17〜S19は、図2に示した製法1のステップS7〜S9と同様である。
次に、電解コンデンサの第3の製造方法(製法3)について説明する。
図4は、本実施の形態にかかる電解コンデンサの製造方法(製法3)を説明するためのフローチャートである。図4に示す製法3は、電解質層14が2つの導電性高分子層を備える電解コンデンサの製造方法を示している。なお、図4に示す製法3のステップS20〜S25は、図2に示した製法1のステップS1〜S6と同様であり、図4に示す製法3のステップS28〜S30は、図2に示した製法1のステップS7〜S9と同様であるので、重複した説明は省略する。
実施例1のサンプルは、図2に示した製法1を用いて作製した。
まず、弁金属としてのタンタル微粉末の焼結体を、リン酸水溶液中において40Vで電解酸化し、タンタル微粉末の焼結体の表面全体に誘電体酸化皮膜層を形成してコンデンサ素子を形成した。
表面処理剤層を形成する際に、シランカップリング剤として3‐アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社「KBM‐903」、有機材料と結合する基:アミノ基)の1wt%を使用した点以外は、実施例1と同様である。図5に示すように、実施例2では、静電容量出現率は94%、ESR(INI)は64mΩ、ESRの変化率は1.9%であった。
表面処理剤層を形成する際に、シランカップリング剤としてp‐スチリルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社「KBM‐1403」、有機材料と結合する基:スチリル基)の1wt%を使用した点以外は、実施例1と同様である。図5に示すように、実施例3では、静電容量出現率は89%、ESR(INI)は65mΩ、ESRの変化率は2.0倍であった。
イオン液体に、1‐エチル‐3‐メチルイミダゾリウムエチルスルホナート(EMI−ES)の50%水溶液を使用した点以外は、実施例1と同様である。図5に示すように、実施例4では、静電容量出現率は93%、ESR(INI)は71mΩ、ESRの変化率は2.0倍であった。
イオン液体に、1‐ブチル‐3‐メチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホナート(BMP−TFS)の50%水溶液を使用した点以外は、実施例1と同様である。図5に示すように、実施例5では、静電容量出現率は94%、ESR(INI)は70mΩ、ESRの変化率は1.9倍であった。
表面処理剤層を形成する際に、チタネートカップリング剤(味の素ファインテクノ株式会社「プレンアクト 44」、有機材料と結合する基:アミノ基)を使用した点以外は、実施例1と同様である。チタネートカップリング剤「プレンアクト 44」は、1wt%のエタノール溶液を用いた。チタネートカップリング剤「プレンアクト 44」の乾燥は、真空乾燥機を用い1×103Paの環境下、85℃で2時間の条件で行った。
表面処理剤層を形成する際に、ホスホン酸誘導体(株式会社同仁化学研究所「10‐CDPA」、有機材料と結合する基:カルボキシル基)を使用した点以外は、実施例1と同様である。ホスホン酸誘導体「10‐CDPA」は、0.26wt%のエタノール溶液を用いた。ホスホン酸誘導体「10‐CDPA」の乾燥は、140℃の恒温槽で48時間の条件で行った。
表面処理剤層を形成する際に、ホスホン酸誘導体(株式会社同仁化学研究所「ODPA」、有機材料と結合する基:アルキル基)を使用した点以外は、実施例1と同様である。ホスホン酸誘導体「ODPA」は、0.33wt%のエタノール溶液を用いた。ホスホン酸誘導体「ODPA」の乾燥は、140℃の恒温槽で48時間の条件で行った。
実施例9では、イオン液体を含浸した後、グラファイト層を形成する前に洗浄を行い、導電性高分子層上に残留しているイオン液体の層を除去した。これ以外は、実施例1と同様である。つまり、実施例9では図3に示した製法2を用いて電解コンデンサを作製した。
実施例10では、イオン液体を含浸した後に洗浄を行い、導電性高分子層上に残留しているイオン液体の層を除去した。その後、導電性高分子層(第1の導電性高分子層)の上に第2の導電性高分子層を形成した。これ以外は、実施例1と同様である。つまり、実施例10では図4に示した製法3を用いて電解コンデンサを作製した。
比較例1は、表面処理剤層を形成しない点以外は、実施例1と同様である。図5に示すように、比較例1では、静電容量出現率は85%、ESR(INI)は63mΩ、ESRの変化率は2.0倍であった。
比較例2は、イオン液体に、1‐エチル‐3‐メチルイミダゾリウムエチルスルホナート(EMI−ES)を使用した点以外は、比較例1と同様である。図5に示すように、比較例2では、静電容量出現率は85%、ESR(INI)は73mΩ、ESRの変化率は2.0倍であった。
比較例3は、イオン液体に、1‐ブチル‐3‐メチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホナート(BMP−TFS)を使用した点以外は、比較例1と同様である。図5に示すように、比較例3では、静電容量出現率は84%、ESR(INI)は73mΩ、ESRの変化率は2.0倍であった。
比較例4では、図6に示す製法4を用いて電解コンデンサを作製した。
まず、弁金属としてのタンタル微粉末の焼結体を形成した(ステップS101)。その後、タンタル微粉末の焼結体をリン酸水溶液中において40Vで電解酸化し、タンタル微粉末の焼結体の表面全体に誘電体酸化皮膜層を形成してコンデンサ素子を形成した(ステップS102)。
比較例5は、図6の製法4のステップS104において導電性高分子層を形成した後、洗浄を行ったこと以外は比較例4と同様である。すなわち、誘電体酸化皮膜上に直接接したイオン液体層を形成した後、酸化剤兼ドーパントである30wt%のp−トルエンスルホン酸第二鉄メタノール溶液にこのイオン液体層で被覆されたコンデンサ素子を10分間浸漬した。その後、室温で30分間乾燥させた後、導電性高分子を与える単量体であるチオフェン誘導体の3,4‐エチレンジオキシチオフェンに10分間浸漬して室温で30分間保持して3,4‐エチレンジオキシチオフェンの重合を行った。
比較例6では、図7に示す製法5を用いて電解コンデンサを作製した。
まず、弁金属としてのタンタル微粉末の焼結体を形成した(ステップS111)。その後、タンタル微粉末の焼結体をリン酸水溶液中において40Vで電解酸化し、タンタル微粉末の焼結体の表面全体に誘電体酸化皮膜層を形成してコンデンサ素子を形成した(ステップS112)。
比較例7は、図7の製法5のステップS113において導電性高分子層を形成した後、洗浄を行ったこと以外は比較例6と同様である。すなわち、誘電体酸化皮膜層を形成したコンデンサ素子を、イオン液体である1‐エチル‐3‐メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド10wt%と、酸化剤兼ドーパントであるp−トルエンスルホン酸第二鉄10wt%と、導電性高分子を与える単量体であるチオフェン誘導体の3,4‐エチレンジオキシチオフェン30wt%と、のメタノール混合溶液に10分間浸漬し、室温で30分間保持して3,4‐エチレンジオキシチオフェンの重合を行った。
実施例1〜10と比較例1〜7とを比較すると、実施例1〜10では比較例1〜7と比べて静電容量出現率が全体的に高くなった。したがって、導電性高分子層と表面処理剤層との間の空隙にイオン液体を充填することで、静電容量出現率を改善することができた。特に実施例1と比較例1とを比較すると、表面処理剤層を設けた実施例1では静電容量出現率が95%であったのに対して、表面処理剤層を設けなかった比較例1では静電容量出現率が85%であった。この結果から、誘電体酸化皮膜層と導電性高分子層との間に表面処理剤層を設けることで、イオン液体を表面処理剤層の表面にまで到達させることができ、導電性高分子層と表面処理剤層との間の空隙にイオン液体を確実に充填できることが確認できた。
11 弁金属
12 誘電体酸化皮膜層
13 表面処理剤層
14 電解質層
15 グラファイト層
16 銀層
17 導電性接着剤
18 弁金属リード
19 外装樹脂
20、21 電極
Claims (12)
- 弁金属と、
前記弁金属の表面に形成された誘電体酸化皮膜層と、
前記誘電体酸化皮膜層の上に形成された表面処理剤層と、
前記表面処理剤層の上に形成された電解質層と、を備え、
前記電解質層は、導電性高分子層とイオン液体とを含み、
前記表面処理剤層は、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、ホスホン酸誘導体から選ばれる少なくとも1種である、
電解コンデンサ。 - 前記導電性高分子層は、前記表面処理剤層と接するように形成されており、
前記イオン液体は、前記導電性高分子層と前記表面処理剤層との界面に存在する空隙の少なくとも一部に充填されている、
請求項1に記載の電解コンデンサ。 - 前記表面処理剤層は、前記電解質層側の分子鎖に極性基を有する、請求項1または2に記載の電解コンデンサ。
- 前記電解質層の上に形成された陰極層を更に備え、
前記電解質層と前記陰極層とが接する界面において、前記イオン液体が除去されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電解コンデンサ。 - 前記電解質層は、
前記導電性高分子層と前記イオン液体とを含む第1の導電性高分子層と、
前記第1の導電性高分子層の上に形成された第2の導電性高分子層と、を備え、
前記第1の導電性高分子層と前記第2の導電性高分子層とが接する界面において、前記イオン液体が除去されている、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の電解コンデンサ。 - 前記イオン液体は疎水性である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電解コンデンサ。
- 弁金属の表面に誘電体酸化皮膜層を形成する工程と、
前記誘電体酸化皮膜層の上に表面処理剤層を形成する工程と、
前記表面処理剤層の上に導電性高分子層を形成する工程と、
前記導電性高分子層にイオン液体を含浸させる工程と、を備え、
前記表面処理剤層は、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、ホスホン酸誘導体から選ばれる少なくとも1種である、
電解コンデンサの製造方法。 - 前記表面処理剤層の上に前記導電性高分子層を形成した際、前記表面処理剤層と前記導電性高分子層との界面に空隙が形成され、
前記導電性高分子層に前記イオン液体を含浸させる際、前記イオン液体は、前記導電性高分子層と前記表面処理剤層との界面に存在する空隙の少なくとも一部に充填される、
請求項7に記載の電解コンデンサの製造方法。 - 前記表面処理剤層は、前記導電性高分子層側の分子鎖に極性基を有する、請求項7または8に記載の電解コンデンサの製造方法。
- 前記導電性高分子層に前記イオン液体を含浸させた後、前記導電性高分子層の上に残留しているイオン液体を洗浄する工程と、
前記イオン液体を洗浄した後、前記導電性高分子層の上に陰極層を形成する工程と、を更に備える、
請求項7〜9のいずれか一項に記載の電解コンデンサの製造方法。 - 前記導電性高分子層に前記イオン液体を含浸させた後、前記導電性高分子層の上に残留しているイオン液体を洗浄する工程と、
前記イオン液体を洗浄した後、前記導電性高分子層である第1導電性高分子層の上に更に第2導電性高分子層を形成する工程と、
前記第2導電性高分子層の上に陰極層を形成する工程と、を更に備える、
請求項7〜9のいずれか一項に記載の電解コンデンサの製造方法。 - 前記イオン液体は疎水性である、請求項7〜11のいずれか一項に記載の電解コンデンサの製造方法。
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