JP6479725B2 - Electrolyte for hybrid electrolytic capacitors - Google Patents

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Description


本発明は固体電解質と電解液を併用した、いわゆるハイブリッド型の電解コンデンサに適用する電解液、およびこの電解液を含浸させたハイブリッド型アルミ電解コンデンサ関する。
The present invention relates to an electrolytic solution applied to a so-called hybrid electrolytic capacitor using a solid electrolyte and an electrolytic solution in combination, and a hybrid aluminum electrolytic capacitor impregnated with the electrolytic solution.

電子機器のデジタル化に伴い、それらの電源出力側の回路、例えば平滑回路や制御回路に使用されるコンデンサとして、高周波領域において等価直列抵抗(以下、ESRと略す)の小さいコンデンサが求められている。
このようなコンデンサとして、導電材料に電解液のみを用いたいわゆるアルミ電解コンデンサがあるが、さらに低ESRとなるように、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェンなどの導電性ポリマーの固体電解質を用いた固体電解コンデンサが適用されるようになってきている。
Along with the digitization of electronic devices, capacitors having a low equivalent series resistance (hereinafter abbreviated as ESR) are required in a high frequency region as capacitors used in circuits on the power supply output side such as smoothing circuits and control circuits. .
As such a capacitor, there is a so-called aluminum electrolytic capacitor using only an electrolytic solution as a conductive material, but a solid electrolytic capacitor using a solid electrolyte of a conductive polymer such as polypyrrole, polyaniline, polythiophene so as to further reduce the ESR. Has been applied.

固体電解コンデンサは、液体型の電解コンデンサに比べて特に低ESRという点では優れているが、誘電体である陽極酸化皮膜の欠陥部の修復機能がない。そのため、漏れ電流が増大し、ショートにつながる危険性がある。   A solid electrolytic capacitor is particularly excellent in terms of low ESR compared to a liquid electrolytic capacitor, but does not have a function of repairing a defective portion of an anodic oxide film that is a dielectric. For this reason, there is a risk that the leakage current increases, leading to a short circuit.

一方、AV機器や自動車電装機器においては、高信頼化の要求がますます高まっているそのため、固体電解コンデンサにおいても低ESR化といった性能に加え、低漏れ電流、耐ショート性能の向上が必要になってきている。
こうした要望に対し、電解質材料として、導電性ポリマーなどの固体電解質以外に誘電体である陽極酸化皮膜の欠陥部の修復作用に優れた電解液を合わせて用いる、いわゆるハイブリッド型電解コンデンサが提案されている(例えば、特許文献1、2)。
On the other hand, the demand for higher reliability is increasing in AV equipment and automotive electrical equipment. Therefore, in addition to the performance of lowering ESR in solid electrolytic capacitors, it is necessary to improve low leakage current and short circuit resistance. It is coming.
In response to these demands, so-called hybrid electrolytic capacitors have been proposed as electrolyte materials that use a solid electrolyte such as a conductive polymer in addition to an electrolyte solution that is excellent in the repairing of defective portions of the anodic oxide film, which is a dielectric. (For example, Patent Documents 1 and 2).

これらのハイブリッド型電解コンデンサは、導電性ポリマーの固体電解質の隙間に電解液が入り込み、誘電体酸化皮膜と電解質の接触が良くなる。そのため、静電容量が増大し、ESRが低減すると共に、電解液の作用により、誘電体酸化皮膜の欠陥部の修復ができ、漏れ電流も小さく、ショートもおこらない。 In these hybrid electrolytic capacitors, the electrolytic solution enters the gaps between the solid electrolytes of the conductive polymer, and the contact between the dielectric oxide film and the electrolyte is improved. As a result, the capacitance increases and ESR decreases, and the defective portion of the dielectric oxide film can be repaired by the action of the electrolytic solution, the leakage current is small, and no short circuit occurs.

ところで、AV機器や自動車電装機器に適用される電解コンデンサは長期にわたり、105℃のような高温環境下にさらされる。コンデンサ素子と電解液を収納したケースの開口部をゴム製の封止材で封止する構造となっているため、電解液の揮散という観点から、特にコンデンサ寿命が重要となってくる。 By the way, electrolytic capacitors applied to AV equipment and automobile electrical equipment are exposed to a high temperature environment such as 105 ° C. for a long time. Since the opening of the case containing the capacitor element and the electrolytic solution is sealed with a rubber sealing material, the life of the capacitor is particularly important from the viewpoint of volatilization of the electrolytic solution.

しかしながら、従来のハイブリッドコンデンサに用いられる電解液の溶媒は、γ−ブチロラクトン、エチレングリコール、スルホランといった揮発性の有機溶媒、または低分子量のポリエチレングリコールである。
しかし、ポリエチレングリコールは分子量が高いと揮発しないが、固体状なので、ハイブリッド型コンデンサには適用が難しく、ポリエチレングリコールは低分子量のものに限られていた。そのため、これらの低分子量のポリエチレングリコールを含有する電解コンデンサが高温環境下にさらされるとこれらの揮発性成分が、封止体とケースの隙間や封止体とリード線の隙間から徐々に揮散していく。その結果、誘電体酸化皮膜の欠陥部の修復する電解液の作用を失うこととなり、漏れ電流が大きくなり、ショートを引き起こす。
However, the solvent of the electrolytic solution used in the conventional hybrid capacitor is a volatile organic solvent such as γ-butyrolactone, ethylene glycol, or sulfolane, or low molecular weight polyethylene glycol.
However, polyethylene glycol does not volatilize when the molecular weight is high, but since it is solid, it is difficult to apply to a hybrid capacitor, and polyethylene glycol is limited to low molecular weight. Therefore, when these electrolytic capacitors containing low molecular weight polyethylene glycol are exposed to a high temperature environment, these volatile components gradually evaporate from the gap between the sealing body and the case and the gap between the sealing body and the lead wire. To go. As a result, the action of the electrolytic solution for repairing the defective portion of the dielectric oxide film is lost, the leakage current is increased, and a short circuit is caused.

特開平11−186110号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-186110 特開2014−195116号公報JP 2014-195116 A

本発明は、ハイブリッド型アルミ電解コンデンサにおいて、高温環境下にさらされても、電解液が揮散しないため、漏れ電流を低減でき、ショートも起こらない電解コンデンサ用の電解液を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an electrolytic solution for an electrolytic capacitor that can reduce a leakage current and does not cause a short circuit in a hybrid aluminum electrolytic capacitor because the electrolytic solution does not evaporate even when exposed to a high temperature environment. To do.

本発明者らは、上記の目的を達成するべく検討を行った結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、3〜8価の多価アルコール(a)のアルキレンオキサイド(b)付加物(C)を含有することを特徴とするハイブリッド型電解コンデンサ用電解液(A)である。
The inventors of the present invention have reached the present invention as a result of studies to achieve the above object.
That is, the present invention is an electrolytic solution (A) for a hybrid electrolytic capacitor comprising an alkylene oxide (b) adduct (C) of a tri- to octavalent polyhydric alcohol (a).

本発明のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液は、高温環境下にさらされても、電解液が揮散しないため、漏れ電流を低減でき、ショートも起こらないという効果を奏する。
さらに、本発明の電解液を用いた電解コンデンサは、多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物であるので、分子量が高くても常温で液状であり、例えば、分子量3000以上でも常温で液状である。また、分子量が大きいほうが、漏れ電流を低減できることから、多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物を用いる本発明は、通常のポリアルキレングリコールを用いる電解液と一線を画す。
The electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor of the present invention has an effect that even when exposed to a high temperature environment, the electrolytic solution does not evaporate, so that leakage current can be reduced and no short circuit occurs.
Furthermore, since the electrolytic capacitor using the electrolytic solution of the present invention is an alkylene oxide adduct of a polyhydric alcohol, it is liquid at room temperature even if the molecular weight is high, for example, it is liquid at room temperature even if the molecular weight is 3000 or more. In addition, since the leakage current can be reduced with a higher molecular weight, the present invention using an alkylene oxide adduct of a polyhydric alcohol is different from an electrolytic solution using a normal polyalkylene glycol.

本発明のハイブリッド型電解コンデンサ用電解液は、3〜8価の多価アルコール(a)のアルキレンオキサイド(b)付加物(C)を含有することを特徴とする。 The electrolytic solution for a hybrid electrolytic capacitor of the present invention is characterized by containing an alkylene oxide (b) adduct (C) of a tri- to octavalent polyhydric alcohol (a).

本発明の電解液(A)は、アルキレンオキサイド(a)付加物(C)を必須成分として含有するが、このアルキレンオキサイド(a)付加物(C)は、3〜8価の多価アルコール(a)にアルキレンオキサイド(b)を付加した化合物である。
付加させるアルキレンオキサイド(b)としては、エチレンオキサイド(以下、EOと略称することがある。)、プロピレンオキサイド(以下、POと略称することがある。)、ブチレンオキサイドなどが挙げられ、単独でも、2種以上を併用してもよい。
付加させるアルキレンオキサイドの種類は、電極へ浸透しやすいという観点から、エチレンオキサイド単独、あるいはエチレンオキサイドとそれ以外のアルキレンオキサイドとの併用が好ましい。
エチレンオキサイドとそれ以外のアルキレンオキサイドとの併用の場合は、ランダム状付加でもブロック状付加でもいいが、コンデンサの封止ゴムを侵さないという観点で、ランダム状が好ましい。
エチレンオキサイドをそれ以外のアルキレンオキサイドと併用する場合は、電極へ浸透しやすくするという観点から、アルキレンオキサイド全体の60〜95モル%がエチレンオキサイドであることが好ましく、さらに好ましくは、65〜90モル%である。
アルキレンオキサイド全体に対するエチオキサイドの含有量が60モル%未満や95モル%を超えるとESR(等価直列抵抗)の初期値が高くなる。またESRの変化率も大きくなる。
The electrolytic solution (A) of the present invention contains an alkylene oxide (a) adduct (C) as an essential component. The alkylene oxide (a) adduct (C) is a trivalent to octavalent polyhydric alcohol ( It is a compound obtained by adding an alkylene oxide (b) to a).
Examples of the alkylene oxide (b) to be added include ethylene oxide (hereinafter sometimes abbreviated as EO), propylene oxide (hereinafter sometimes abbreviated as PO), butylene oxide, and the like. Two or more kinds may be used in combination.
The kind of alkylene oxide to be added is preferably ethylene oxide alone or a combination of ethylene oxide and another alkylene oxide from the viewpoint of easy penetration into the electrode.
When ethylene oxide and other alkylene oxides are used in combination, random addition or block addition may be used, but the random form is preferable from the viewpoint of not invading the capacitor sealing rubber.
When ethylene oxide is used in combination with other alkylene oxides, 60 to 95 mol% of the entire alkylene oxide is preferably ethylene oxide, and more preferably 65 to 90 mol from the viewpoint of facilitating penetration into the electrode. %.
When the content of ethoxide on the whole alkylene oxide is less than 60 mol% or exceeds 95 mol%, the initial value of ESR (equivalent series resistance) increases. Also, the rate of change of ESR increases.

3〜8価の多価アルコール(a)としては、トリメチロールプロパン、グリセリンなどの3価アルコール;ペンタエリスリトールなどの4価アルコール;キシリトールなどの5価アルコール;ソルビトール、マンニトール、ジペンタエイリスリトールなどの6価アルコールが挙げられる。
これらのうち、(a)としては、3価と4価と6価の多価アルコールが好ましく、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトールがより好ましく、グリセリンが最も好ましい。
一方、1価〜2価アルコールのアルキレンオキサイド付加物では、分子量が小さいと揮散し、分子量が大きいと固体となりコンデンサとして機能しなくなる。
Examples of the tri- to 8-valent polyhydric alcohol (a) include trihydric alcohols such as trimethylolpropane and glycerol; tetrahydric alcohols such as pentaerythritol; pentahydric alcohols such as xylitol; sorbitol, mannitol, dipentaerythritol, and the like. Of 6-valent alcohol.
Among these, as (a), trivalent, tetravalent and hexavalent polyhydric alcohols are preferable, glycerin, pentaerythritol and sorbitol are more preferable, and glycerin is most preferable.
On the other hand, the alkylene oxide adduct of monohydric to dihydric alcohols volatilizes when the molecular weight is small, and becomes solid when the molecular weight is large and does not function as a capacitor.

3〜8価の多価アルコール(a)のアルキレンオキサイド付加物(C)の水酸基価換算による数平均分子量は、揮散性と粘度の観点から1,000〜4,000が好ましく、さらに好ましくは1,400〜3,600である。1,000未満であれば揮散性があり、4,000を超えれば、粘度が上がり、コンデンサを組み立てるときにセパレータに電解液を浸み込ませにくくなり、たとえ浸み込ませたとしても電極箔への密着性が悪くなり容量が発現しにくいことがある。 The number average molecular weight in terms of hydroxyl value of the alkylene oxide adduct (C) of the 3-8 valent polyhydric alcohol (a) is preferably 1,000 to 4,000, more preferably 1 from the viewpoint of volatility and viscosity. , 400-3,600. If it is less than 1,000, it has volatility, and if it exceeds 4,000, the viscosity increases, and it becomes difficult for the separator to soak the electrolyte when assembling the capacitor, and even if soaked, the electrode foil Adhesion to the surface may deteriorate and capacity may be difficult to develop.

3〜8価の多価アルコールのアルキレンオキサイド付加物(C)の合成方法として、多価アルコールに水酸化カリウム、または水酸化ナトリウム触媒のもとエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを反応させるのが一般的である。
本用途であるアルミ電解コンデンサ用途では、金属イオンはコンデンサのショートの原因となるため、カリウムまたは、ナトリウムを吸着処理等で、好ましくは20ppm以下さらに好ましくは、1ppm以下にする必要がある。
As a method for synthesizing the alkylene oxide adduct (C) of a tri- to octavalent polyhydric alcohol, it is common to react polyhydric alcohol with ethylene oxide or propylene oxide under a potassium hydroxide or sodium hydroxide catalyst. is there.
In an aluminum electrolytic capacitor application, which is the present application, metal ions cause a short circuit of the capacitor. Therefore, potassium or sodium is preferably adsorbed to 20 ppm or less, more preferably 1 ppm or less.

電解液(A)中に含まれる(C)の含有量は好ましくは、20〜99.9重量%、さらに好ましくは50〜99.9重量%である。 The content of (C) contained in the electrolytic solution (A) is preferably 20 to 99.9% by weight, more preferably 50 to 99.9% by weight.

本発明の電解液(A)には、(C)以外に、さらに電解質(D)を含む方が好ましい。
電解質(D)は、カチオン成分(D1)とアニオン成分(D2)とで構成され、カチオン成分(D1)としては、アンモニア、トリエチルアミン、ジメチルエチルアミン、ジエチルメチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、1−メチルイミダゾール、1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリニウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリニウムなどが挙げられ、トリエチルアミンが好ましい。
一方、アニオン成分(D2)としてはアジピン酸、アゼライン酸、1,6−デカンジカルボン酸、フタル酸、マレイン酸、安息香酸、リン酸およびその誘導体、ホウ酸およびその誘導体などが挙げられ、フタル酸か好ましい。
また(D1)と(D2)の比は、導電性ポリマーに取り込まれているドーパントを脱ドープさせないという観点から、(D1)/(D2)が0.3〜1.0が好ましく、0.5〜1.0がさらに好ましい。
The electrolyte solution (A) of the present invention preferably further contains an electrolyte (D) in addition to (C).
The electrolyte (D) is composed of a cation component (D1) and an anion component (D2). Examples of the cation component (D1) include ammonia, triethylamine, dimethylethylamine, diethylmethylamine, dimethylamine, diethylamine, and 1-methylimidazole. 1,2,3,4-tetramethylimidazolinium, 1-ethyl-3-methylimidazolinium and the like, and triethylamine is preferable.
On the other hand, examples of the anionic component (D2) include adipic acid, azelaic acid, 1,6-decanedicarboxylic acid, phthalic acid, maleic acid, benzoic acid, phosphoric acid and derivatives thereof, boric acid and derivatives thereof, and the like. It is preferable.
The ratio of (D1) to (D2) is preferably (D1) / (D2) of 0.3 to 1.0 from the viewpoint that the dopant incorporated in the conductive polymer is not dedoped. -1.0 is more preferable.

本発明の電解液(A)には、さらに、粘度の調整用に有機溶剤(E)も併用する方が好ましい。
この目的で使用される有機溶剤(E)としては、エチレングリコール、γ−ブチロラクトン、スルホランなどが挙げられ、エチレングリコールが最も好ましい。
In the electrolytic solution (A) of the present invention, it is more preferable to use an organic solvent (E) in combination for adjusting the viscosity.
Examples of the organic solvent (E) used for this purpose include ethylene glycol, γ-butyrolactone, sulfolane and the like, and ethylene glycol is most preferable.

さらに、電解液(A)には、必要により、種々の添加剤を添加することができる。
添加剤としては、ニトロ化合物(例えば、o−ニトロ安息香酸、p−ニトロ安息香酸、m−ニトロ安息香酸、o−ニトロフェノール、p−ニトロフェノールなど)、ホウ酸、ポバールなどを挙げることができる。その添加量は、電解液への溶解度の観点から、電解液の重量に基づいて、好ましくは5重量%以下、特に好ましくは0.1〜2重量%がよい。
Furthermore, various additives can be added to the electrolytic solution (A) as necessary.
Examples of additives include nitro compounds (for example, o-nitrobenzoic acid, p-nitrobenzoic acid, m-nitrobenzoic acid, o-nitrophenol, p-nitrophenol, etc.), boric acid, poval, and the like. . The added amount is preferably 5% by weight or less, particularly preferably 0.1 to 2% by weight based on the weight of the electrolytic solution from the viewpoint of solubility in the electrolytic solution.

本発明のハイブリッド型電解コンデンサは、陽極箔の誘電体層に接触した固体電解質(B)の層とを有するコンデンサ素子から形成されるが、この固体電解質(B)は、ポリチオフェンやその誘導体、例えば、ポリ3,4−エチレンジオキシチオフェンやポリピロールなどの導電性ポリマーである。
この導電性ポリマーはドーパントが組み込まれており、ドーパントは導電性を発現する役割を担っている。代表的な、ドーパントはp−トルエンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸などの酸である。
The hybrid electrolytic capacitor of the present invention is formed from a capacitor element having a layer of a solid electrolyte (B) in contact with a dielectric layer of an anode foil. This solid electrolyte (B) is composed of polythiophene or a derivative thereof, for example, , Conductive polymers such as poly 3,4-ethylenedioxythiophene and polypyrrole.
This conductive polymer incorporates a dopant, and the dopant plays a role of developing conductivity. Typical dopants are acids such as p-toluenesulfonic acid and polystyrenesulfonic acid.

本発明のハイブリッド型コンデンサは、コンデンサ素子と一対のリード線と外装体とを有する。一対のリード線はそれぞれ、コンデンサ素子に接続されている。外装体はリード線を他方の端部を外部に導出するようにして、コンデンサ素子を封入している。
外装体は、筒状のケースと、封口体とで構成されており、このケースには電解液を含浸したコンデンサ素子を収納し、封口体にはリード線をそれぞれ挿通させる貫通孔に通し、ケースの外周面に設けた絞り加工部で圧縮することによって封止する。
The hybrid capacitor of the present invention has a capacitor element, a pair of lead wires, and an exterior body. Each of the pair of lead wires is connected to a capacitor element. The outer package encloses the capacitor element so that the lead wire is led out to the outside at the other end.
The exterior body is composed of a cylindrical case and a sealing body. In this case, a capacitor element impregnated with an electrolytic solution is accommodated, and the sealing body is passed through through holes for inserting lead wires. It seals by compressing with the drawing process part provided in the outer peripheral surface of this.

本発明のコンデンサ素子は、表面に誘電体層を有する陽極箔と、この陽極箔の誘電体層に接触した固体電解質(B)の層とを有する。
陽極箔はアルミニウム箔をエッジング処理により、粗面化し、さらにその表面に誘電体である陽極酸化皮膜を化成処理によって形成される。
コンデンサ素子は陽極箔以外にさらに、陰極箔とセパレータも有するが、陽極箔と陰極箔とセパレータを積層して巻回することでコンデンサ素子が構成される。そして、陽極箔と陰極箔との間に導電性ポリマーからなる固体電解質の層を作成する。作成方法としては、導電性ポリマー溶液に含浸させ、その後乾燥させる方法や、導電性高分子を電解重合させるなどの方法がある。
以上のように形成されたコンデンサ素子内に形成された固体電解質の隙間に電解液が入り込み、ハイブリッド型コンデンサが作成される。
The capacitor element of the present invention has an anode foil having a dielectric layer on the surface, and a solid electrolyte (B) layer in contact with the dielectric layer of the anode foil.
The anode foil is formed by roughening an aluminum foil by an edging process and further forming an anodic oxide film as a dielectric on the surface thereof by a chemical conversion process.
In addition to the anode foil, the capacitor element further includes a cathode foil and a separator. The capacitor element is configured by stacking and winding the anode foil, the cathode foil, and the separator. Then, a solid electrolyte layer made of a conductive polymer is formed between the anode foil and the cathode foil. As a preparation method, there are a method in which a conductive polymer solution is impregnated and then dried, and a method in which a conductive polymer is electrolytically polymerized.
The electrolyte enters the gap between the solid electrolytes formed in the capacitor element formed as described above, and a hybrid capacitor is created.

以下、実施例及び比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、%は重量%、部は重量部を示す。   Hereinafter, although an example and a comparative example explain the present invention further, the present invention is not limited to these. Hereinafter, unless otherwise specified, “%” represents “% by weight” and “parts” represents “parts by weight”.

製造例1 ソルビトールのEO24モル付加物(C−1)
ソルビトール182重量部(1mol)に水酸化カリウム1.1重量部(0.02mol)添加し、170℃でEO1,056重量部(24mol)を反応させ、圧平衡に達したところで終点とした。
その後、カリウム除去のためにキヨーワード600、およびキヨーワード700(協和化学工業株式会社製)を用いて吸着処理を行い、カリウム含量1ppm以下であることも確認した。
プロトン核磁気共鳴装置(H−NMR)チャートでソルビトールのエチレンオキサイド24モル付加物(C−1)が得たことを確認した。水酸基価換算による数平均分子量(Mn)は1,240であった。
Production Example 1 sorbitol EO 24 mol adduct (C-1)
1.1 parts by weight (0.02 mol) of potassium hydroxide was added to 182 parts by weight (1 mol) of sorbitol, and 1,056 parts by weight (24 mol) of EO was reacted at 170 ° C. When the pressure equilibrium was reached, the end point was reached.
Thereafter, an adsorption treatment was performed using Kyoward 600 and Kyoward 700 (manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.) to remove potassium, and it was also confirmed that the potassium content was 1 ppm or less.
It was confirmed by a proton nuclear magnetic resonance apparatus (H-NMR) chart that an ethylene oxide 24-mole adduct (C-1) of sorbitol was obtained. The number average molecular weight (Mn) in terms of hydroxyl value was 1,240.

製造例2 グリセリンのEO11モル/PO5モルとのランダム付加物(C−2)
製造例1において、ソルビトール182重量部(1mol)をグリセリン92重量部(1mol)に、EO1,056重量部(24mol)をEO484重量部(11mol)とPO290重量部(5mol)の混合物とした以外とした以外は製造例1と同様にしてグリセリンのEO11モルとPO5モルとのランダム付加物を得た。Mnは960であった。
Production Example 2 Glycerin random adduct (C-2) with EO 11 mol / PO 5 mol
In Production Example 1, 182 parts by weight (1 mol) of sorbitol was changed to 92 parts by weight (1 mol) of glycerin, 1,056 parts by weight (24 mol) of EO was changed to a mixture of 484 parts by weight of EO (11 mol) and 290 parts by weight of PO (5 mol). Except that, a random adduct of 11 mol of glycerol and 5 mol of PO was obtained in the same manner as in Production Example 1. Mn was 960.

製造例3 グリセリンのEO50モル/PO3モルとのランダム付加物(C−3)
製造例1において、ソルビトール182重量部(1mol)をグリセリン92重量部(1mol)に、EO1,056重量部(24mol)をEO2200重量部(50mol)とPO165重量部(3mol)の混合物とした以外は製造例1と同様にしてグリセリンのEO50モルとPO3モルとのランダム付加物を得た。Mnは2,300であった。
Production Example 3 Random adduct of glycerin with EO 50 mol / PO 3 mol (C-3)
In Production Example 1, 182 parts by weight (1 mol) of sorbitol was changed to 92 parts by weight (1 mol) of glycerin, and 1,056 parts by weight (24 mol) of EO was changed to a mixture of 200 parts by weight of EO (50 mol) and 165 parts by weight of PO (3 mol). In the same manner as in Production Example 1, a random adduct of 50 mol EO and 3 mol PO of glycerin was obtained. Mn was 2,300.

製造例4 ペンタエリスリトールのEO55モル/PO40モルとのランダム付加物(C−4)
製造例1において、ソルビトール182重量部(1mol)をペンタエリスリトール136重量部(1mol)に、EO1,056重量部(24mol)をEO2420重量部(55mol)とPO2320重量部(40mol)の混合物とした以外とした以外は製造例1と同様にしてペンタエリスリトールのEO55モルとEO40モルとのランダム付加物を得た。Mnは2,560であった。
Production Example 4 Random adduct of pentaerythritol with 55 mol of EO / 40 mol of PO (C-4)
In Production Example 1, 182 parts by weight (1 mol) of sorbitol was changed to 136 parts by weight (1 mol) of pentaerythritol, and 1,056 parts by weight (24 mol) of EO was changed to a mixture of 2420 parts by weight (55 mol) and 2320 parts by weight (40 mol) of PO. A random adduct of pentaerythritol with EO 55 mol and EO 40 mol was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that Mn was 2,560.

製造例5 グリセリンのEO12モル付加物のEO44モル/PO14モルのランダム付加物(C−5)
グリセリン92重量部(1mol)に水酸化カリウム1.1重量部(0.02mol)添加し、170℃でEO528重量部(12mol)を圧平衡に達するまで反応させた。その後、あらかじめ、EO1936重量部(44mol)とPO812重量部(14mol)をボンベ中で均一にした液を反応させ、圧平衡に達したところで終点とした。その後、水酸化カリウム除去のために吸着剤としてキヨーワード600、キヨワード700(協和化学工業株式会社製)を用いて水酸化カリウムを1ppm以下にした。
一段目の反応が終わった時点でのサンプリング物のH−NMRチャートと最終製造品のH−NMRチャートで、グリセリンのEO12モル付加物へのEO44モルとPO14モルとのランダム付加物を得たことを確認した。Mnは3,370であった。
Production Example 5 EO44 mol adduct of glycerin EO44 mol / PO14 mol of random adduct (C-5)
To 92 parts by weight (1 mol) of glycerin, 1.1 parts by weight (0.02 mol) of potassium hydroxide was added and reacted at 170 ° C. until 528 parts by weight (12 mol) of EO reached pressure equilibrium. Then, the liquid which made EO1936 weight part (44 mol) and PO812 weight part (14 mol) uniform in the cylinder previously was made to react, and it was set as the end point when pressure equilibrium was reached. Thereafter, potassium hydroxide was adjusted to 1 ppm or less using Kiyoward 600 and Kiyoward 700 (manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.) as adsorbents for removing potassium hydroxide.
The random adduct of 44 mol of EO and 14 mol of PO to the EO12 mol adduct of glycerin was obtained from the H-NMR chart of the sample and the H-NMR chart of the final product when the first stage reaction was completed. It was confirmed. Mn was 3,370.

製造例6 ソルビトールのEO80モル/PO10モルとのランダム付加物(C−6)
製造例1において、エチレンオキサイド1,056重量部(24mol)をEO3520重量部(80mol)とPO580重量部(10mol)の混合物とした以外とした以外は製造例1と同様にしてソルビトールのEO80モルとPO10モルとのランダム付加物を得た。Mnは4,280であった。
Production Example 6 Random adduct of sorbitol with EO 80 mol / PO 10 mol (C-6)
In Production Example 1, 80 mol of sorbitol EO in the same manner as in Production Example 1 except that 1,056 parts by weight (24 mol) of ethylene oxide was changed to a mixture of 3520 parts by weight of EO (80 mol) and 580 parts by weight of PO (10 mol). A random adduct with 10 moles of PO was obtained. Mn was 4,280.

比較製造例1 ポリエチレングリコール(C’−1)
エチレングリコール62重量部(1mol)に水酸化カリウム1.1重量部(0.02mol)添加し、170℃でEO1,188重量部(27mol)を反応させ、圧平衡に達したところで終点とした。その後、カリウム除去のためにキヨーワード600、およびキヨーワード700(協和化学工業株式会社製)を用いて吸着処理を行い、カリウム含量1ppm以下であることも確認した。数平均分子量が1,200のポリエチレングリコール(C’−1)を得たことを確認した。
Comparative Production Example 1 Polyethylene glycol (C′-1)
1.1 parts by weight (0.02 mol) of potassium hydroxide was added to 62 parts by weight (1 mol) of ethylene glycol, and 1,188 parts by weight (27 mol) of EO was reacted at 170 ° C. When the pressure equilibrium was reached, the end point was reached. Thereafter, an adsorption treatment was performed using Kyoward 600 and Kyoward 700 (manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.) to remove potassium, and it was also confirmed that the potassium content was 1 ppm or less. It was confirmed that polyethylene glycol (C′-1) having a number average molecular weight of 1,200 was obtained.

比較製造例2
比較製造例1において、EO1,188重量部を176重量部(4mol)とした以外は比較製造例1と同様にして数平均分子量が200のポリエチレングリコール(C’−2)を得た。
Comparative production example 2
In Comparative Production Example 1, polyethylene glycol (C′-2) having a number average molecular weight of 200 was obtained in the same manner as in Comparative Production Example 1, except that 188 parts by weight of EO was changed to 176 parts by weight (4 mol).

表1の配合部数(重量部)に従い、電解質のトリエチルアミンとフタル酸や溶媒のエチレングリコールを加え、実施例と比較例の電解液(A1)〜(A−8)、(A’−1)、(A’−2)を作成した。 In accordance with the number of parts (parts by weight) in Table 1, triethylamine as an electrolyte, phthalic acid and ethylene glycol as a solvent were added, and electrolytic solutions (A1) to (A-8), (A′-1) of Examples and Comparative Examples, (A'-2) was created.

次に、上記の電解液と固体電解質層を用いて、定格電圧50V,静電容量30μFの巻回型のハイブリッド型コンデンサを以下の手順で作成する。
(1)酸化アルミニウム皮膜の誘電体層を表面に有する陽極箔と陰極箔とセパレータとを一定の幅と長さに切断する。そしてリード線を陽極、陰極にカシメによって接続する。
その後、ロール状に巻き取って円筒型にする。さらにその外周側面を絶縁テープで固定しコンデンサ素子を完成させる。次に封止ゴムとリード線を通し装着させる。
Next, a wound type hybrid capacitor having a rated voltage of 50 V and a capacitance of 30 μF is prepared by the following procedure using the electrolytic solution and the solid electrolyte layer.
(1) An anode foil, a cathode foil, and a separator having a dielectric layer of an aluminum oxide film on the surface are cut into a certain width and length. Then, the lead wire is connected to the anode and the cathode by caulking.
Then, it rolls up in roll shape and makes it cylindrical shape. Further, the outer peripheral side surface is fixed with an insulating tape to complete the capacitor element. Next, the sealing rubber and the lead wire are passed through.

(2)コンデンサ素子に、ポリ3,4−エチレンジオキシドチオフェン(PEDOT)(B−1)からなる固体電解質層を形成する。
PEDOTを水溶液に分散させた分散液に作成したコンデンサ素子を含浸した後、そのコンデンサ素子を120℃の恒温槽内で1時間乾燥させる。なお、ドーパントとしてはポリスチレンスルホン酸を適用している。
その後、上記の電解液(A)をコンデンサ素子に含浸させ、ケースに格納しカシメを行い、コンデンサを完成させた。
なお、比較例の(A’−1)は 常温で固体のため、コンデンサ素子に含浸させることはできなかった。
なお、実施例、比較例すべてにおいて、固体電解質層は、PEDOT(B−1)を用いた。
(2) A solid electrolyte layer made of poly3,4-ethylenedioxidethiophene (PEDOT) (B-1) is formed on the capacitor element.
After impregnating the prepared capacitor element in a dispersion in which PEDOT is dispersed in an aqueous solution, the capacitor element is dried in a constant temperature bath at 120 ° C. for 1 hour. Note that polystyrene sulfonic acid is applied as the dopant.
Thereafter, the capacitor element was impregnated with the electrolytic solution (A), stored in a case, and caulked to complete the capacitor.
In addition, since (A′-1) of the comparative example was solid at room temperature, the capacitor element could not be impregnated.
In all of the examples and comparative examples, PEDOT (B-1) was used as the solid electrolyte layer.

初期特性と試験後の特性を、以下の方法で測定、評価した。
<初期評価>
初期評価として、静電容量、ESR、漏れ電流値を計測した。
静電容量は120Hz、ESR値は100kHzで測定し、漏れ電流は定格電圧1分間印加後の値を計測している。
Initial characteristics and post-test characteristics were measured and evaluated by the following methods.
<Initial evaluation>
As an initial evaluation, capacitance, ESR, and leakage current values were measured.
The electrostatic capacity is measured at 120 Hz, the ESR value is measured at 100 kHz, and the leakage current is measured after applying the rated voltage for 1 minute.

<加速試験後の評価>
揮発性を加速して評価できるように、ケースに格納せずにコンデンサ素子を開放した状態で125℃、200時間、恒温槽に放置した後に初期評価と同様の評価を行った。
<Evaluation after accelerated test>
In order to be able to evaluate by accelerating volatility, the capacitor element was opened without being stored in the case, and the sample was left in a constant temperature bath at 125 ° C. for 200 hours.

本発明の実施例のハイブリッド型コンデンサは、初期特性も良好であり、加速試験でも良好な結果となった。
一方、比較例1は、電解液に含まれる(C’−1)の分子量が大きいために、電解液が固体であり、コンデンサ素子に電解液を含浸できないため、ハイブリッド型コンデンサとして組み立てることができない。
また、比較例2では電解液に含まれる(C’−2)の分子量が低いため、初期特性では、漏れ電流が大きくなり、加速試験では(C’−2)が揮散してしまい、容量変化率、ESR変化率、漏れ電流とすべての項目で悪化した。
The hybrid type capacitor of the example of the present invention had good initial characteristics, and the acceleration test also showed good results.
On the other hand, in Comparative Example 1, since the molecular weight of (C′-1) contained in the electrolytic solution is large, the electrolytic solution is solid and the capacitor element cannot be impregnated with the electrolytic solution, so that it cannot be assembled as a hybrid capacitor. .
Further, in Comparative Example 2, since the molecular weight of (C′-2) contained in the electrolytic solution is low, the leakage current becomes large in the initial characteristics, and (C′-2) is volatilized in the acceleration test, resulting in a change in capacity. Rate, ESR change rate, leakage current and all items worsened.

本発明のハイブリッド型コンデンサは、低ESR、低漏れ電流、長寿命という観点で優れているため、好適に使用できる。
さらに、家電、車載などの長寿命・信頼性が求められる用途に好適である。
Since the hybrid capacitor of the present invention is excellent in terms of low ESR, low leakage current, and long life, it can be suitably used.
Furthermore, it is suitable for applications that require long life and reliability, such as home appliances and on-vehicle equipment.

Claims (5)

3〜8価の多価アルコール(a)へのアルキレンオキサイド(b)の付加物(但し、ポリオキシエチレングリセリン又はその誘導体を除く)(C)を含有することを特徴とするハイブリッド型電解コンデンサ用電解液(A)。 Additive of alkylene oxide (b) to 3-8 valent polyhydric alcohol (a) ( excluding polyoxyethylene glycerin or its derivative) (C) Electrolytic solution (A). 前記アルキレンオキサイド付加物(C)のアルキレンオキサイド(b)の60〜95モル%以上がエチレンオキサイドである請求項1記載の電解コンデンサ用電解液。 The electrolytic solution for an electrolytic capacitor according to claim 1, wherein 60 to 95 mol% or more of the alkylene oxide (b) of the alkylene oxide adduct (C) is ethylene oxide. 3〜8価の多価アルコール(a)が、グリセリン、ソルビトール、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、およびマンニトールからなる群から選ばれる1種以上である請求項1または2記載の電解コンデンサ用電解液。 The electrolytic solution for an electrolytic capacitor according to claim 1 or 2, wherein the 3 to 8 valent polyhydric alcohol (a) is at least one selected from the group consisting of glycerin, sorbitol, pentaerythritol, trimethylolpropane, and mannitol. アルキレンオキサイド付加物(C)の水酸基価換算による数平均分子量が1,000〜4,000である請求項1〜3いずれか記載の電解コンデンサ用電解液。 The electrolytic solution for an electrolytic capacitor according to any one of claims 1 to 3, wherein the alkylene oxide adduct (C) has a number average molecular weight of 1,000 to 4,000 in terms of hydroxyl value. 表面に誘電体層を有する陽極箔と、この陽極箔の誘電体層に接触した固体電解質(B)の層とを有するコンデンサ素子から形成される電解コンデンサであって、前記コンデンサ素子に含浸された電解液(A)が、3〜8価の多価アルコール(a)のアルキレンオキサイド(b)付加物(但し、ポリオキシエチレングリセリン又はその誘導体を除く)(C)を含有することを特徴とするハイブリッド型電解コンデンサ。
An electrolytic capacitor formed from a capacitor element having an anode foil having a dielectric layer on the surface and a layer of a solid electrolyte (B) in contact with the dielectric layer of the anode foil, the capacitor element being impregnated The electrolyte solution (A) contains an alkylene oxide (b) adduct (excluding polyoxyethylene glycerin or a derivative thereof) (C) of a tri- to octavalent polyhydric alcohol (a ) (C). Hybrid electrolytic capacitor.
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