JP6767527B2 - 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 type electrolytic capacitor in which a solid electrolyte and an electrolytic solution are used in combination, and a hybrid type aluminum electrolytic capacitor impregnated with this 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。
With the digitization of electronic devices, capacitors with a small equivalent series resistance (hereinafter abbreviated as ESR) in the high frequency region are required 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 that uses only an electrolytic solution as a conductive material, but a solid electrolytic capacitor that uses a solid electrolyte of a conductive polymer such as polypyrrole, polyaniline, or polythiophene so as to have a lower ESR. Is coming to be 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 superior to a liquid type electrolytic capacitor in that it has a particularly low ESR, but it does not have a function of repairing a defective portion of an anodized film which is a dielectric. Therefore, there is a risk that the leakage current will increase, 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, in AV equipment and automobile electrical equipment, the demand for high reliability is increasing, so it is necessary to improve the low leakage current and short circuit resistance performance in addition to the performance such as low ESR in solid electrolytic capacitors. It's coming.
In response to these demands, a so-called hybrid electrolytic capacitor has been proposed as an electrolyte material, which uses a solid electrolyte such as a conductive polymer and an electrolytic solution having an excellent repairing effect on a defect portion of an 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 type 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. Therefore, the capacitance is increased, the ESR is reduced, 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 a short circuit does not occur.

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 period of 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 a low molecular weight polyethylene glycol.
However, polyethylene glycol does not volatilize when the molecular weight is high, but since it is a solid state, it is difficult to apply it to a hybrid capacitor, and polyethylene glycol is limited to those having a low molecular weight. Therefore, when these low molecular weight polyethylene glycol-containing electrolytic capacitors are exposed to a high temperature environment, these volatile components gradually volatilize from the gap between the sealant and the case and the gap between the sealant 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 becomes large, and a short circuit occurs.

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

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 leakage current and does not cause a short circuit because the electrolytic solution does not volatilize even when exposed to a high temperature environment in a hybrid type aluminum electrolytic capacitor. 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 present inventors have arrived at the present invention as a result of studies for achieving the above object.
That is, the present invention is an electrolytic solution (A) for a hybrid electrolytic capacitor, which contains an alkylene oxide (b) adduct (C) of a trihydric 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 type electrolytic capacitor of the present invention has an effect that the leakage current can be reduced and a short circuit does not occur because the electrolytic solution does not volatilize even when exposed to a high temperature environment.
Further, 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 it has a high molecular weight. For example, it is liquid at room temperature even if it has a molecular weight of 3000 or more. Further, since the leakage current can be reduced when the molecular weight is large, the present invention using the alkylene oxide adduct of the polyhydric alcohol is different from the electrolytic solution using ordinary 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 trihydric 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, and the alkylene oxide (a) adduct (C) is a trihydric to octavalent polyhydric alcohol ( It is a compound in which an alkylene oxide (b) is added to a).
Examples of the alkylene oxide (b) to be added include ethylene oxide (hereinafter, may be abbreviated as EO), propylene oxide (hereinafter, may be abbreviated as PO), butylene oxide, and the like. Two or more types may be used in combination.
The type of alkylene oxide to be added is preferably ethylene oxide alone or a combination of ethylene oxide and other alkylene oxides from the viewpoint of easily penetrating into the electrode.
In the case of using ethylene oxide in combination with other alkylene oxides, random addition or block addition may be used, but the random addition is preferable from the viewpoint of not attacking the sealing rubber of the capacitor.
When ethylene oxide is used in combination with other alkylene oxides, it is preferable that 60 to 95 mol% of the total alkylene oxide is ethylene oxide, and more preferably 65 to 90 mol, from the viewpoint of facilitating penetration into the electrode. %.
When the content of ethioxide with respect to the total alkylene oxide is less than 60 mol% or more than 95 mol%, the initial value of ESR (equivalent series resistance) becomes high. In addition, the rate of change in ESR also 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 trihydric / octavalent polyhydric alcohol (a) include trihydric alcohols such as trimethylolpropane and glycerin; tetrahydric alcohols such as pentaerythritol; pentahydric alcohols such as xylitol; sorbitol, mannitol, dipentaerythritol and the like. The hexahydric alcohol of.
Of these, as (a), trihydric, tetravalent and hexavalent polyhydric alcohols are preferable, glycerin, pentaerythritol and sorbitol are more preferable, and glycerin is most preferable.
On the other hand, in the case of a monohydric to divalent alcohol alkylene oxide adduct, if the molecular weight is small, it volatilizes, and if the molecular weight is large, it becomes a solid 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 of the alkylene oxide adduct (C) of the 3- to 8-valent polyhydric alcohol (a) in terms of hydroxyl value is preferably 1,000 to 4,000, more preferably 1 from the viewpoint of volatility and viscosity. , 400 to 3,600. If it is less than 1,000, it is volatile, and if it exceeds 4,000, the viscosity increases, making it difficult for the electrolyte to soak into the separator when assembling the capacitor, and even if it does, the electrode foil Adhesion to the metal may be poor and the volume 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 3- to 8-valent polyhydric alcohol, it is common to react the polyhydric alcohol with potassium hydroxide or ethylene oxide or propylene oxide under a sodium hydroxide catalyst. is there.
In the aluminum electrolytic capacitor application, which is the present application, metal ions cause a short circuit of the capacitor. Therefore, potassium or sodium needs to be 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。
It is preferable that the electrolytic solution (A) of the present invention further contains an electrolyte (D) in addition to (C).
The electrolyte (D) is composed of a cationic component (D1) and an anionic component (D2), and the cationic component (D1) includes 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-decandicarboxylic acid, phthalic acid, maleic acid, benzoic acid, phosphoric acid and its derivatives, boric acid and its derivatives, and the like. Is preferable.
The ratio of (D1) to (D2) is preferably 0.3 to 1.0, preferably 0.5, from the viewpoint of not dedoping the dopant incorporated in the conductive polymer. ~ 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。
It is preferable that the electrolytic solution (A) of the present invention also contains an organic solvent (E) 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。
Further, various additives can be added to the electrolytic solution (A), if necessary.
Examples of the additive include nitro compounds (for example, o-nitrobenzoic acid, p-nitrobenzoic acid, m-nitrobenzoic acid, o-nitrophenol, p-nitrophenol, etc.), boric acid, povar and the like. .. From the viewpoint of solubility in the electrolytic solution, the amount to be added is preferably 5% by weight or less, particularly preferably 0.1 to 2% by weight, based on the weight of 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 of a capacitor element having a layer of a solid electrolyte (B) in contact with a dielectric layer of an anode foil, and the solid electrolyte (B) is a polythiophene or a derivative thereof, for example. , Poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polypyrrole and other conductive polymers.
A dopant is incorporated in this conductive polymer, and the dopant plays a role of exhibiting conductivity. Typical dopants are acids such as p-toluenesulfonic acid and polystyrene sulfonic 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 body 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 tubular case and a sealing body. A capacitor element impregnated with an electrolytic solution is housed in this case, and the sealing body is passed through a through hole through which a lead wire is inserted to pass through the case. It is sealed by compressing with a drawing part provided on the outer peripheral surface of the above.

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 its surface and a layer of a solid electrolyte (B) in contact with the dielectric layer of the anode foil.
The anodic foil is made by roughening an aluminum foil by edging treatment, and further forming an anodic oxide film, which is a dielectric, by chemical conversion treatment on the surface thereof.
In addition to the anode foil, the condenser element also has a cathode foil and a separator, and the condenser element is configured by laminating and winding the anode foil, the cathode foil, and the separator. Then, a layer of a solid electrolyte made of a conductive polymer is formed between the anode foil and the cathode foil. As a production method, there are a method of impregnating with a conductive polymer solution and then drying, and a method of electrolytically polymerizing the conductive polymer.
The electrolytic solution enters the gap of the solid electrolyte formed in the capacitor element formed as described above, and a hybrid type capacitor is produced.

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, the present invention will be further described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto. Hereinafter, unless otherwise specified,% indicates a weight% and a part indicates a weight part.

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 EO24 molar 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., and the end point was reached when pressure equilibrium was reached.
After that, 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 on the proton nuclear magnetic resonance apparatus (H-NMR) chart that a 24 molar adduct of ethylene oxide (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 Random adduct of glycerin with 11 mol / PO 5 mol (C-2)
In Production Example 1, 182 parts by weight (1 mol) of sorbitol was used as a mixture of 92 parts by weight (1 mol) of glycerin, and 1,056 parts by weight (24 mol) of EO was used as a mixture of 484 parts by weight (11 mol) of EO and 290 parts by weight (5 mol) of PO. Random additions of 11 mol of EO and 5 mol of PO of glycerin were 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 50 mol / PO 3 mol (C-3)
In Production Example 1, 182 parts by weight (1 mol) of sorbitol was used as a mixture of 92 parts by weight (1 mol) of glycerin, and 1,056 parts by weight (24 mol) of EO was used as a mixture of 2200 parts by weight (50 mol) of EO and 165 parts by weight (3 mol) of PO. Random additions of 50 mol EO and 3 mol PO of glycerin were obtained in the same manner as in Production Example 1. 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 / PO 40 mol (C-4)
In Production Example 1, 182 parts by weight (1 mol) of sorbitol was used as a mixture of 136 parts by weight (1 mol) of pentaerythritol, and 1,056 parts by weight (24 mol) of EO was used as a mixture of 2420 parts by weight (55 mol) and PO2320 parts by weight (40 mol). Random additions of pentaerythritol in an amount of 55 mol and 40 mol of EO were obtained in the same manner as in Production Example 1. 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 Random adduct (C-5) of 44 mol EO / 14 mol PO of EO12 mol adduct of glycerin
To 92 parts by weight (1 mol) of glycerin, 1.1 parts by weight (0.02 mol) of potassium hydroxide was added, and 528 parts by weight (12 mol) of EO was reacted at 170 ° C. until pressure equilibrium was reached. Then, a liquid in which EO1936 parts by weight (44 mol) and PO812 parts by weight (14 mol) were made uniform in a cylinder was reacted in advance, and when the pressure equilibrium was reached, the end point was set. Then, in order to remove potassium hydroxide, Kyoward 600 and Kyoward 700 (manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.) were used as adsorbents to reduce potassium hydroxide to 1 ppm or less.
Random adducts of 44 mol of EO and 14 mol of PO to the 12 mol adduct of glycerin were obtained on the H-NMR chart of the sampled product and the H-NMR chart of the final product at the end of the first stage reaction. 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 80 mol / PO 10 mol (C-6)
In Production Example 1, 1,056 parts by weight (24 mol) of ethylene oxide was used as a mixture of 3520 parts by weight (80 mol) of EO and 580 parts by weight (10 mol) of PO, except that 80 mol of sorbitol was used in the same manner as in Production Example 1. A random adduct with 10 mol 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., and the end point was set when pressure equilibrium was reached. After that, 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 manufacturing 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 EO1,188 parts by weight was 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。 According to the number of parts (parts by weight) of the compounding in Table 1, triethylamine as an electrolyte and ethylene glycol as a phthalic acid or a solvent were added, and the electrolytic solutions (A1) to (A-8), (A'-1) of Examples and Comparative Examples were added. (A'-2) was created.

Figure 0006767527
Figure 0006767527

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, using the above electrolyte and the solid electrolyte layer, a wound hybrid capacitor having a rated voltage of 50 V and a capacitance of 30 μF is produced by the following procedure.
(1) The anode foil, the cathode foil, and the separator having a dielectric layer of an aluminum oxide film on the surface are cut into a constant width and length. Then, the lead wire is connected to the anode and the cathode by caulking.
After that, it is rolled into a cylindrical shape. Further, the outer peripheral side surface is fixed with insulating tape to complete the capacitor element. Next, the sealing rubber and the lead wire are passed through and attached.

(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 liquid 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. In addition, polystyrene sulfonic acid is applied as a dopant.
Then, the capacitor element was impregnated with the above electrolytic solution (A), stored in a case and crimped to complete the capacitor.
Since (A'-1) in the comparative example was solid at room temperature, it could not be impregnated into the capacitor element.
In all of 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。
The initial characteristics and the characteristics after the test were measured and evaluated by the following methods.
<Initial evaluation>
As an initial evaluation, the capacitance, ESR, and leakage current value were measured.
The capacitance is measured at 120 Hz, the ESR value is measured at 100 kHz, and the leakage current is measured after the rated voltage is applied 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 accelerate the volatility and evaluate it, the same evaluation as the initial evaluation was performed after leaving the capacitor element open at 125 ° C. for 200 hours without storing it in the case.

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 embodiment of the present invention has good initial characteristics, and good results are obtained in an accelerated test.
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 type 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) volatilizes in the accelerated test, resulting in a change in capacitance. The rate, ESR rate of change, leakage current and all items deteriorated.

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。
The hybrid capacitor of the present invention is excellent in terms of low ESR, low leakage current, and long life, and therefore can be suitably used.
Furthermore, it is suitable for applications that require long life and reliability, such as home appliances and in-vehicle devices.

Claims (4)

グリセリンのアルキレンオキサイド(b)の付加物(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)であって、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)がエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドであり、前記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960〜4,000であるハイブリッド型電解コンデンサ用電解液。 An electrolytic solution (A) for a hybrid electrolytic capacitor, characterized in that it contains an adduct (C) of an alkylene oxide (b) of glycerin, wherein the alkylene oxide (b) of the alkylene oxide adduct (C) is Ri Oh ethylene oxide and propylene oxide, the alkylene oxide adduct (C) hydroxyl value hybrid electrolytic capacitor electrolytic solution for a number average molecular weight of 960~4,000 by conversion. 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. 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又は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 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、グリセリン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であって、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)がエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドであり、前記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960〜4,000であるハイブリッド型電解コンデンサ。
An electrolytic capacitor formed of a capacitor element having an anode foil having a dielectric layer on its surface and a layer of solid electrolyte (B) in contact with the dielectric layer of the anode foil, and the capacitor element is impregnated. A hybrid electrolytic capacitor in which the electrolytic solution (A) contains an alkylene oxide (b) adduct (C) of glycerin, wherein the alkylene oxide (b) of the alkylene oxide adduct (C) is Ri Oh ethylene oxide and propylene oxide, the hybrid electrolytic capacitor is the number average molecular weight by hydroxyl value in terms of alkylene oxide adduct (C) is 960~4,000.
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