JP6735456B2 - 電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Description
前記コンデンサ素子に、導電性高分子と第1溶媒とを少なくとも含む第1処理液を含浸させる第2工程と、
前記第2工程の後、前記コンデンサ素子に前記第1溶媒の少なくとも一部が残存した状態で凝集化剤を含む第2処理液を含浸させて、前記導電性高分子を凝集させる第3工程と、を含み、
前記コンデンサ素子に含浸させた前記凝集化剤の質量は、前記コンデンサ素子に含浸させた前記導電性高分子の質量の2〜100倍である、電解コンデンサの製造方法に関する。
≪電解コンデンサ≫
図1は、本発明の一実施形態に係る製造方法により得られる電解コンデンサの断面模式図である。図2は、同電解コンデンサに係るコンデンサ素子の一部を展開した概略図である。
≪電解コンデンサの製造方法≫
以下に、本発明の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。
(i)コンデンサ素子10を準備する工程(第1工程)
(i-1)誘電体層を有する陽極体21を準備する工程
まず、陽極体21の原料である金属箔を準備する。金属の種類は特に限定されないが、誘電体層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。
(i-2)陰極体22を準備する工程
陰極体22にも、陽極体と同様、金属箔を用いてもよい。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、金属箔の表面を粗面化してもよい。
(i-3)コンデンサ素子10(巻回体)を作製する工程
次に、陽極体21および陰極体22を用いてコンデンサ素子10を作製する。コンデンサ素子は、陽極体21と陰極体22とを、セパレータ23を介して重ね合わせることにより得られる。陽極体21と陰極体22とを、セパレータを介して巻回することにより、図2に示されるような巻回体を形成してもよい。このとき、リードタブ15A,15Bを巻き込みながら巻回することにより、図2に示すように、リードタブ15A,15Bを巻回体から植立させてもよい。
(ii)コンデンサ素子(巻回体)10に第1処理液を含浸させる工程(第2工程)
次に、コンデンサ素子10に、第1処理液を含浸させる。
(iii)導電性高分子を凝集させる工程(第3工程)
第3工程では、第1処理液が付与されたコンデンサ素子に、凝集化剤を含む第2処理液を含浸させて、導電性高分子を凝集させる。
(iv)溶媒成分を除去する工程(第4工程)
第3工程の後、コンデンサ素子に残存している溶媒成分を第4工程で除去することができる。第4工程では、溶媒成分の少なくとも一部を除去すればよく、溶媒成分の全てを除去してもよい。第4工程で溶媒成分を除去することにより、導電性高分子がさらに凝集して、膜質をより緻密にすることができる。
(v)コンデンサ素子10(巻回体)に電解液を含浸させる工程(第5工程)
第5工程では第3工程の後に、さらにコンデンサ素子10に電解液を含浸させることができる。第5工程は、第3工程の後であれば特に制限されず、第3工程に引き続いて行ってもよく、第3工程の後に他の工程(例えば、第4工程)を行い、その後に第5工程を行ってもよい。第5工程は、必ずしも必要ではないが、電解液を含浸させることで、誘電体層の修復機能が向上し、ESRの低減効果をさらに高めることができる。
(vi)コンデンサ素子10(巻回体)を封止する工程
次に、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1》
下記の手順で、図1に示すような、定格電圧35V、定格静電容量47μFの巻回型の電解コンデンサ(直径6.3mm、長さ5.8mm)を作製し、評価を行った。
(1)電解コンデンサの製造
(誘電体層を有する陽極体の準備)
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、アジピン酸アンモニウム水溶液を用いる化成処理により、誘電体層を形成し、誘電体層を有する陽極体を準備した。
(陰極体の準備)
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、陰極体を準備した。
(コンデンサ素子(巻回体)の作製)
陽極体および陰極体に陽極リードタブおよび陰極リードタブを接続し、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、コンデンサ素子を得た。コンデンサ素子から突出する各リードタブの端部には、陽極リード線および陰極リード線をそれぞれ接続した。そして、作製されたコンデンサ素子に対して、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、コンデンサ素子の外側表面の端部を巻止めテープで固定した。
(第1処理液の含浸)
3,4−エチレンジオキシチオフェンと、ドーパントとしてのポリスチレンスルホン酸とを、イオン交換水(第1溶媒)に溶かした混合溶液を調製した。得られた混合溶液を撹拌しながら、イオン交換水に溶かした酸化剤(硫酸第二鉄および過硫酸ナトリウム)を添加し、重合反応を行った。反応後、得られた反応液を透析して、未反応モノマーおよび過剰な酸化剤を除去し、約5質量%のポリスチレンスルホン酸がドープされたポリエチレンジオキシチオフェンを含む分散液を含む第1処理液を得た。
(第2処理液の含浸)
次いで、コンデンサ素子に、第2処理液を含浸させた。第2処理液に含まれる凝集化剤として、γ−ブチロラクトンを用いた。なお、第2処理液に含浸させる前の段階で、コンデンサ素子における溶媒成分(第1溶媒(水))の残存量は、約100質量%である。コンデンサ素子に含浸させた凝集化剤の質量は、コンデンサ素子に含浸させた導電性高分子の質量の5倍であった。
(電解液の含浸)
次いで、コンデンサ素子に、減圧下で電解液を含浸させた。電解液としては、PEG:γBL:SL:フタル酸モノ(エチルジメチルアミン)(溶質)=25:25:25:25(質量比)で混合した溶液を用いた。
(コンデンサ素子の封止)
電解液を含浸させたコンデンサ素子を、図1に示すような外装ケースに収容し、封止して、電解コンデンサを作製した。同様にして、合計300個の電解コンデンサを作製した。
(2)性能評価
電解コンデンサの初期特性として、静電容量(μF)を測定した。具体的には、電解コンデンサについて4端子測定用のLCRメータを用いて、周波数120Hzにおける初期静電容量(μF)を測定した。
《比較例1》
コンデンサ素子に第1処理液を含浸させた後、第2処理液の含浸を行わず、150℃で30分間加熱することにより溶媒成分を除去したこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサを作製し、性能評価を行った。
《比較例2》
コンデンサ素子に第1処理液を含浸させた後、150℃で30分間加熱することにより溶媒成分を完全に除去した(コンデンサ素子の溶媒成分の残存量:0質量%)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、性能評価を行った。
《比較例3》
第2処理液であるγ−ブチロラクトンに代えて、ポリエチレングリコールを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサを作製し、性能評価を行った。
《実施例2》
第2処理液であるγ−ブチロラクトンに代えて、スルホランを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサを作製し、性能評価を行った。
《実施例3》
第2処理液であるγ−ブチロラクトンに代えて、1−メチル−2−ピロリドンを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサを作製し、性能評価を行った。
《実施例4》
第2処理液であるγ−ブチロラクトンに代えて、ジエチレングリコールジメチルエーテルを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサを作製し、性能評価を行った。
《実施例5》
第2処理液であるγ−ブチロラクトンに代えて、1−ブタノールを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサを作製し、性能評価を行った。
《実施例6》
第2処理液であるγ−ブチロラクトンに代えて、γ−ブチロラクトン(凝集化剤)とポリエチレングリコールとを75:25の質量比で含む混合液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサを作製し、性能評価を行った。コンデンサ素子に含浸させた凝集化剤の質量は、コンデンサ素子に含浸させた導電性高分子の質量の3.75倍であった。
《実施例7》
第2処理液であるγ−ブチロラクトンに代えて、γ−ブチロラクトン(凝集化剤)とポリエチレングリコールとを50:50の質量比で含む混合液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサを作製し、性能評価を行った。コンデンサ素子に含浸させた凝集化剤の質量は、コンデンサ素子に含浸させた導電性高分子の質量の2.5倍であった。
《実施例8》
第2処理液であるγ−ブチロラクトンに代えて、γ−ブチロラクトン(凝集化剤)とポリエチレングリコールとを25:75の質量比で含む混合液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサを作製し、性能評価を行った。コンデンサ素子に含浸させた凝集化剤の質量は、コンデンサ素子に含浸させた導電性高分子の質量の1.25倍であった。
Claims (6)
- 誘電体層を有する陽極体を備えるコンデンサ素子を準備する第1工程と、
前記コンデンサ素子に、導電性高分子と、液体溶媒とを少なくとも含む第1処理液を含浸させる第2工程と、
前記第2工程の後、前記コンデンサ素子に前記液体溶媒の50質量%以上が残存した状態で凝集化剤を含む第2処理液を含浸させて、前記導電性高分子を凝集させる第3工程と、を含む、電解コンデンサの製造方法。 - 前記第1工程では、誘電体層を有する箔状の陽極体と、箔状の陰極体とを、セパレータを介して巻回したコンデンサ素子を準備する、請求項1に記載の電解コンデンサの製造方法。
- 前記凝集化剤は、ラクトン、環状ケトン、環状カーボネート、ラクタム、および環状スルホンよりなる群から選択される少なくとも一種である、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3工程の後、さらに、前記液体溶媒の少なくとも一部を除去する第4工程を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電解コンデンサの製造方法。
- 前記液体溶媒は水を含み、
前記第3工程において、前記コンデンサ素子に、少なくとも水が残存した状態で、前記第2処理液を含浸させて前記導電性高分子を凝集させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電解コンデンサの製造方法。 - 前記第3工程の後に、電解液を前記コンデンサ素子に含浸させる第5工程を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電解コンデンサの製造方法。
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