JP6695023B2 - 電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
前記モノマーが、下記式(I):
で表される化合物を含む、電解コンデンサの製造方法に関する。
で表される化合物の重合体を含む、電解コンデンサに関する。
≪電解コンデンサ≫
本発明に係る電解コンデンサは、式(I)で表わされる化合物の重合体を含む導電性高分子と、ケイ素含有成分とを含む固体電解質層を有している。このような固体電解質層は、下記式(I)で表わされるモノマーと、酸化剤と、シラン化合物と、溶媒とを、陽極部材に含浸することにより、陽極部材の表面にある誘電体層の表面に形成される。
式(I)で表わされるモノマーは、側鎖としてアルキル基を有する3,4−エチレンジオキシチオフェン(以下、アルキルEDOTと称す)である。アルキルEDOTとシラン化合物とを用いて固体電解質層を形成することにより、電解コンデンサの耐電圧特性が向上する。アルキルEDOTの重合体を含む導電性高分子(以下、アルキルPEDOT)とPEDOTとの耐電圧は同等レベルである。しかし、アルキルPEDOTを用いた電解コンデンサとしての耐電圧は、向上する。その理由としては、以下のように考えられる。すなわち、漏れ電流により生じたジュール熱により、導電性高分子は部分的に絶縁化される。このとき、PEDOTの絶縁物に比べて、アルキルPEDOTの絶縁物の破壊耐電圧が非常に高いため、電解コンデンサとしての耐電圧が向上するものと考えられる。アルキル基は、耐電圧特性がさらに向上する点で、炭素数2〜5であることが好ましく、炭素数3〜5であることがより好ましい。
≪電解コンデンサの製造方法≫
以下、本実施形態に係る電解コンデンサの製造方法の一例について、工程ごとに説明する。
(1)誘電体層31を有する陽極体21を準備する工程(第1工程)
まず、陽極体21の原料である金属箔21aを準備する。金属の種類は特に限定されないが、誘電体層31の形成が容易である点から、アルミニウム、タンタル、ニオブなどの弁作用金属または弁作用金属を含む合金を用いることが好ましい。
(2)陰極体22を準備する工程
陰極体22にも、陽極体と同様、金属箔を用いることができる。金属の種類は特に限定されないが、アルミニウム、タンタル、ニオブなどの弁作用金属または弁作用金属を含む合金を用いることが好ましい。必要に応じて、陰極体22の表面を粗面化してもよい。
(3)巻回体の作製
次に、陽極体21および陰極体22を用いて巻回体を作製する。
(4)モノマーと、酸化剤と、シラン化合物と、溶媒とを、陽極部材に含浸する工程(第2工程)
モノマーと酸化剤とシラン化合物と溶媒とを陽極部材に含浸する第2工程は、例えば、モノマーと酸化剤とシラン化合物と溶媒とを含む重合液に、巻回体を含浸させることにより行われる。例えば、巻回体を重合液に浸漬すればよい。巻回体を重合液に浸漬する時間は、巻回体の大きさにもよるが、生産性を阻害することがなく、かつ誘電体層の凹部の奥にまで重合液を到達させることができる時間であればよい。ただし、モノマー、酸化剤、シラン化合物および溶媒を、陽極部材に含浸する方法は、特に限定されない。例えば、モノマーを含む第1液と、酸化剤を含む第2液とを、別々に巻回体に含浸させてもよい。このとき、シラン化合物および溶媒は、第1液および第2液のどちらに含ませてもよく、両方に含ませてもよい。
(5)固体電解質層を形成する工程(第3工程)
次いで、陽極体21の誘電体層31の表面に、導電性高分子およびケイ素含有成分を含む均一な固体電解質層34を形成させる。例えば、重合液から巻回体を引上げた後、陽極体21を加熱することにより、モノマーの重合反応を促進するとともに、溶媒を蒸散させてもよい。
(6)コンデンサ素子に非水溶媒または電解液を含浸させる工程
固体電解質層34を形成した後、コンデンサ素子に非水溶媒または電解液を含浸させてもよい。これにより、誘電体層31の修復機能が向上し、ESRの低減効果をさらに向上させることができる。
(7)コンデンサ素子を封止する工程
最後に、コンデンサ素子10を封止する。具体的には、まず、リード線14A,14Bが有底ケース11の開口する上面に位置するように、コンデンサ素子10を有底ケース11に収納する。有底ケース11の材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、鉄、真鍮などの金属あるいはこれらの合金を用いることができる。
[実施例]
以下、実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
《実施例1》
本実施例では、定格電圧35V、定格静電容量22μFの巻回型の電解コンデンサ(Φ8.0mm×L(長さ)12.0mm)を作製した。以下に、電解コンデンサの具体的な製造方法について説明する。
(陽極体を準備する工程)
厚さ100μmのアルミニウム箔にエッチング処理を行い、アルミニウム箔の表面を粗面化した。その後、アルミニウム箔の表面に、化成処理により、誘電体層を形成した。化成処理は、アジピン酸アンモニウム溶液にアルミニウム箔を浸漬し、これに60Vの電圧を印加することにより行った。その後、アルミニウム箔を、縦×横が6mm×120mmとなるように裁断して、陽極体を準備した。
(陰極体を準備する工程)
厚さ50μmのアルミニウム箔にエッチング処理を行い、アルミニウム箔の表面を粗面化した。その後、アルミニウム箔を、縦×横が6mm×120mmとなるように裁断して、陰極体を準備した。
(巻回体の作製)
陽極体および陰極体に、リード線が接続された陽極リードタブおよび陰極リードタブをそれぞれ接続し、陽極体と陰極体とを、リードタブを巻き込みながら、セパレータを介して巻回した。そして、作製された巻回体に対して、再度化成処理を行い、陽極体の切断された端部に誘電体層を形成した。次に、巻回体の外側表面の端部を巻止めテープで固定して巻回体を作製した。
(重合液の準備)
次に、p−トルエンスルホン酸第二鉄(酸化剤)、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(シラン化合物)およびエタノール(溶媒)を含む混合液を調製した。得られた混合液に、式(I)中のRがエチル基である、エチル化EDOT(モノマー)を加えて混合し、重合液を得た。シラン化合物の濃度は、モノマーと酸化剤とシラン化合物と溶媒との総量に対して20質量%とした。同じく、溶媒の濃度は36質量%、酸化剤の濃度は24質量%、モノマーの濃度は20質量%とした。
(巻回体に重合液を含浸させる工程)
上記で作製した巻回体を300個準備し、各々を重合液に3〜10秒程度浸漬した。
(モノマーを重合させて固体電解質層を形成する工程)
次に、重合液から巻回体を引き上げた後、巻回体を210℃で3分間加熱して、導電性高分子を生成させ、固体電解質層を形成した。固体電解質層には、シラン化合物に由来するケイ素含有成分が含まれていることを、エネルギー分散型X線分光法により確認した。以上の工程により、図2に示すようなコンデンサ素子が作製された。
(コンデンサ素子を封止する工程)
得られたコンデンサ素子を封止して、電解コンデンサを完成させた。具体的には、まず、有底ケースの開口側にリード線が位置するようにコンデンサ素子を有底ケースに収納し、リード線が貫通するように形成された封止部材であるゴムパッキングをコンデンサ素子の上方に配置して、コンデンサ素子を有底ケース内に封止した。そして、有底ケースの開口端近傍に絞り加工を施し、更に開口端をカール加工し、カール部分に座板を配置することによって、図1に示すような電解コンデンサを完成させた。その後、定格電圧を印加しながら、130℃で2時間エージング処理を行った。
《実施例2〜6および比較例1〜4》
表1に示すモノマー、および、シラン化合物として3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを使用したこと以外は、実施例1と同様にして電解コンデンサを作製し、上記と同様に評価した。なお、比較例1、3および4は、シラン化合物を使用せず、実施例5、6および比較例4は、使用した2種のモノマー(表中の括弧内は、質量比を示す)の総量が20質量%になるようにした。結果を表1に示す。
《実施例7〜10》
表2に示すように、シラン化合物の濃度を変えたこと以外は、実施例1と同様にして電解コンデンサを作製し、上記と同様に評価した。結果を表2に示す。
Claims (5)
- 前記第2工程に用いる前記シラン化合物の量が、前記モノマーと前記酸化剤と前記シラン化合物と前記溶媒との総量100質量%に対して、1質量%以上、35質量%以下である、請求項1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記第2工程に用いる前記シラン化合物の量が、前記モノマーと前記酸化剤と前記シラン化合物と前記溶媒との総量100質量%に対して、5質量%以上、20質量%以下である、請求項1または2に記載の電解コンデンサの製造方法。
- 前記第2工程が、
前記溶媒と、前記シラン化合物と、前記酸化剤との混合液を調製する工程と、
前記混合液と前記モノマーとを混合して重合液を調製する工程と、
前記重合液を前記陽極部材に含浸する工程と、を含む、請求項1〜3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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