JP6820673B2 - Electrolytic capacitors and electrolytic solutions for electrolytic capacitors - Google Patents
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Description
本発明は、回路基板にハンダ付けされる電解コンデンサ及び電解コンデンサ用電解液に関する。 The present invention relates to an electrolytic capacitor soldered to a circuit board and an electrolytic solution for an electrolytic capacitor.
従来のコンデンサは、カルボン酸と、塩基と、有機溶媒とが含有された電解液に、陽極と陰極とが浸された構成を有している。 A conventional capacitor has a structure in which an anode and a cathode are immersed in an electrolytic solution containing a carboxylic acid, a base, and an organic solvent.
自動車の電源回路や、LEDを用いた照明装置の電源回路等に使用されるコンデンサの中には、高電圧が印加されるものがある。従来の構成のコンデンサに高電圧を印加すると、陽極の表面に形成されている酸化膜が損傷する恐れがある。陽極の酸化膜が損傷すると、陽極と陰極とが短絡し、コンデンサとして使用できなくなる場合がある。コンデンサとして使用できなくなると、電源回路の動作が不安定になったり、動作しなくなったりする恐れがある。 High voltage is applied to some capacitors used in power supply circuits of automobiles, power supply circuits of lighting devices using LEDs, and the like. When a high voltage is applied to a capacitor having a conventional configuration, the oxide film formed on the surface of the anode may be damaged. If the oxide film of the anode is damaged, the anode and the cathode may be short-circuited and cannot be used as a capacitor. If it cannot be used as a capacitor, the operation of the power supply circuit may become unstable or stop working.
そこで、このような高電圧が印加される回路に用いられるコンデンサには、高電圧が印加されても使用に耐える(以下の説明では、高耐圧と称する場合がある)こと、且つ、長寿命であることが要求されている。コンデンサにおいて、陽極の酸化膜の膜厚を厚くすることで、高電圧を印加したときの陽極の酸化膜の損傷を抑制する、すなわち、コンデンサの高耐圧化が可能である。 Therefore, a capacitor used in a circuit to which such a high voltage is applied can withstand use even when a high voltage is applied (in the following description, it may be referred to as a high withstand voltage) and has a long life. It is required to be. By increasing the thickness of the oxide film of the anode in the capacitor, it is possible to suppress damage to the oxide film of the anode when a high voltage is applied, that is, to increase the withstand voltage of the capacitor.
しかしながら、コンデンサの陽極の酸化膜の膜厚を厚くすると、陽極と陰極との距離が広がるため、コンデンサの静電容量が小さくなる。そこで、陽極と陰極との対向面積を大きくすることで、静電容量を大きくすることは可能であるが、コンデンサが大型化してしまう。近年、自動車の電源回路や、照明装置の電源回路では、回路自体の小型化の要求も高まっているが、高耐圧化のためにコンデンサが大きくなると回路の小型化が困難になる。 However, if the thickness of the oxide film on the anode of the capacitor is increased, the distance between the anode and the cathode is increased, so that the capacitance of the capacitor is reduced. Therefore, it is possible to increase the capacitance by increasing the facing area between the anode and the cathode, but the capacitor becomes large. In recent years, there has been an increasing demand for miniaturization of the circuit itself in the power supply circuit of an automobile and the power supply circuit of a lighting device, but it becomes difficult to miniaturize the circuit when the capacitor becomes large for high withstand voltage.
本発明は、大型化することなく、高電圧が印加されても安定して動作する電解コンデンサを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an electrolytic capacitor that operates stably even when a high voltage is applied without increasing the size.
上記目的を達成するために本発明の電解コンデンサは、容器と、前記容器内に収納されたコンデンサ素子と、前記容器内に収納され前記コンデンサ素子に含浸される電解液と、を有し、前記コンデンサ素子は、互いに対向して配置される陽極及び陰極とを有しており、前記陽極の前記陰極と対向する面には酸化膜が形成されており、前記酸化膜の前記陰極と対向する側には導電性高分子層が形成されており、前記電解液が、溶媒と、酸と、塩基解離定数が10以上の塩基を用いたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the electrolytic capacitor of the present invention has a container, a capacitor element housed in the container, and an electrolytic solution housed in the container and impregnated with the capacitor element. The capacitor element has an anode and a cathode arranged to face each other, and an oxide film is formed on the surface of the anode facing the cathode, and the side of the oxide film facing the cathode. A conductive polymer layer is formed in the above, and the electrolytic solution is characterized by using a solvent, an acid, and a base having a base dissociation constant of 10 or more.
この構成によると、電解液にpKb定数が10以上の弱塩基を用いていることから電解液の導電性が低いので、高電圧が印加される回路に利用された場合でも、酸化膜が損傷しにくい。また、酸化膜の陰極側に導電性高分子層を形成することで、弱塩基を用いることによる電解液の導電性の低さを補い、コンデンサの等価直列抵抗(ESR)が大きくなるのを抑制している。 According to this configuration, since the electrolytic solution uses a weak base having a pKb constant of 10 or more, the conductivity of the electrolytic solution is low, so that the oxide film is damaged even when used in a circuit to which a high voltage is applied. Hateful. In addition, by forming a conductive polymer layer on the cathode side of the oxide film, the low conductivity of the electrolytic solution due to the use of weak bases is compensated, and the equivalent series resistance (ESR) of the capacitor is suppressed from increasing. doing.
そして、電解液にpKb定数が10以上の弱塩基を用いていることから、導電性高分子層の塩基による損傷が抑制される。これらのことから、長期間にわたって高電圧状態で安定して動作する電解コンデンサとすることができる。そして、このような構成とすることで、酸化膜を厚くしたり、陽極及び陰極の対向面積を大きくしたり等の処理が不要であるため、従来のコンデンサと同等の大きさとなる。つまり、本発明の電解コンデンサは、大型化することなく、高電圧が印加される回路で、長期間にわたって安定して動作することが可能である。 Since a weak base having a pKb constant of 10 or more is used in the electrolytic solution, damage to the conductive polymer layer due to the base is suppressed. From these facts, it is possible to obtain an electrolytic capacitor that operates stably in a high voltage state for a long period of time. With such a configuration, it is not necessary to thicken the oxide film or increase the facing area of the anode and the cathode, so that the size is equivalent to that of the conventional capacitor. That is, the electrolytic capacitor of the present invention can operate stably for a long period of time in a circuit to which a high voltage is applied without increasing the size.
上記構成の電解コンデンサの電解液に用いる塩基として、アセトアニリド(化学式CH3CONHC6H5)、尿素(化学式CO(NH2)2)、カフェイン(化学式C8H10O2N4)及びα−ナフチルアミン(化学式C10H7NH2)を挙げることができる。 As the bases used in the electrolytic solution of the electrolytic capacitor having the above configuration, acetanilide (chemical formula CH 3 CONHC 6 H 5 ), urea (chemical formula CO (NH 2 ) 2 ), caffeine (chemical formula C 8 H 10 O 2 N 4 ) and α − Naphthylamine (chemical formula C 10 H 7 NH 2 ) can be mentioned.
上記目的を達成するために本発明の電解コンデンサ用電解液は、溶媒と、酸と、塩基解離度が10以上の塩基とを用いることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the electrolytic solution for an electrolytic capacitor of the present invention is characterized by using a solvent, an acid, and a base having a base dissociation degree of 10 or more.
上記構成の電解コンデンサ用電解液に用いる塩基として、アセトアニリド(化学式CH3CONHC6H5)、尿素(化学式CO(NH2)2)、カフェイン(化学式C8H10O2N4)及びα−ナフチルアミン(化学式C10H7NH2)を挙げることができる。 Acetanilide (chemical formula CH 3 CONHC 6 H 5 ), urea (chemical formula CO (NH 2 ) 2 ), caffeine (chemical formula C 8 H 10 O 2 N 4 ) and α are used as the bases used in the electrolytic solution for the electrolytic capacitor having the above configuration. − Naphthylamine (chemical formula C 10 H 7 NH 2 ) can be mentioned.
本発明によると、大型化することなく、高電圧が印加されても安定して動作する電解コンデンサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electrolytic capacitor that operates stably even when a high voltage is applied, without increasing the size.
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は一実施形態の電解コンデンサを示す側面断面図である。電解コンデンサ1は一面に開口部2aを有した有底筒状のアルミニウム等から形成された外装ケース2内にコンデンサ素子10が収納される。外装ケース2の開口部2aはゴム製の封口部材3により封口される。なお、外装ケース2及び封口部材3が容器である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view showing an electrolytic capacitor of one embodiment. The
図2はコンデンサ素子の分解斜視図を示している。コンデンサ素子10は帯状の陽極箔11及び陰極箔12を電解紙等のセパレータ13を間に介在させた状態で、円柱状に巻回して形成される。陽極箔11または陰極箔12の終端は巻き止めテープ14によって固定される。陽極箔11及び陰極箔12にはそれぞれリードタブ21a、22aを介してリード線21、22が取り付けられている。リード線21、22によって陽極及び陰極の端子部が形成される。
FIG. 2 shows an exploded perspective view of the capacitor element. The
次に本発明の要部について説明する。外装ケース2に収納される電解液は、酸と塩基と溶媒とを含む液体である。本発明の発明者は、鋭意研究を重ねた結果、電解液に含まれる塩基として、塩基解離定数(pKb定数:塩基の強さを表す定数)が10以上の塩基を用いても、電解コンデンサ1の耐電圧が改善される知見を得た。以下に、この知見について説明する。
Next, a main part of the present invention will be described. The electrolytic solution stored in the
pKb定数は、塩基の強さを示す定数である。pKb定数が大きい塩基ほど塩基度が低い。そして、pKb定数が大きい塩基を溶質として溶媒に溶かした溶液は、導電性が低く、電解コンデンサの電解液として用いた場合、電解コンデンサの等価直列抵抗(ESR)が大きくなる。そのため、従来の電解コンデンサにおいて、pKb定数が大きい塩基を溶質として溶媒に溶かした溶液は、電解液として適していないとされ、採用されることはなかった。 The pKb constant is a constant indicating the strength of the base. The larger the pKb constant, the lower the basicity. A solution prepared by dissolving a base having a large pKb constant as a solute in a solvent has low conductivity, and when used as an electrolytic solution of an electrolytic capacitor, the equivalent series resistance (ESR) of the electrolytic capacitor becomes large. Therefore, in a conventional electrolytic capacitor, a solution prepared by dissolving a base having a large pKb constant as a solute in a solvent is considered unsuitable as an electrolytic solution and has not been adopted.
本願の発明者は、電解コンデンサ1の陽極箔11の酸化膜15の陰極側に導電性高分子層16が設けられている電解コンデンサでは、pKb定数が大きい塩基を電解液の溶質として用いても導電性高分子層16が電解コンデンサのESRが高くなってしまうのを抑制できるのではないかと考えた。そこで、コンデンサ素子10の構成を以下のとおりとした。
The inventor of the present application may use a base having a large pKb constant as the solute of the electrolytic solution in the electrolytic capacitor in which the
図3は、コンデンサ素子の陽極と陰極とを含む断面図である。陽極箔11の陰極箔12側の表面は凹凸処理が施される。そして、図3に示すように、凹凸処理が施された陽極箔11の陰極箔12側の表面には、酸化膜15が形成されている。さらに、この酸化膜15の陰極12側の面には、導電性高分子層16が形成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view including an anode and a cathode of the capacitor element. The surface of the
陽極箔11はアルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン等の弁作用金属から形成される。陰極箔12はセパレータ13を介して陽極箔11と対向しており、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン等により形成される。導電性高分子層16としては、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンまたはこれらの誘導体等が使用されている。
The
電解コンデンサ1のコンデンサ素子10(陽極箔11、陰極箔12、セパレータ13、酸化膜15及び導電性高分子層16)は、外装ケース2の内部に収納される。そして、外装ケース2には、電解液が含浸されたコンデンサ素子10が収納されている。
The capacitor element 10 (
電解液は、溶質である酸及び塩基を溶媒に溶かしている。溶媒としては、例えば、γ-ブチロラクトン、スルホラン、エチレングリコール及びこれらの混合物等を挙げることができるが、これに限定されない。酸としては、例えば、o−フタル酸、アジピン酸、ボロジサリチル酸等を挙げることができるが、これに限定されない。塩基としては、pKb定数が10以上の物質、例えば、アセトアニリド、尿素、カフェイン、α−ナフチルアミン等を挙げることができるが、これに限定されない。 The electrolytic solution is a solvent in which acids and bases, which are solutes, are dissolved. Examples of the solvent include, but are not limited to, γ-butyrolactone, sulfolane, ethylene glycol and a mixture thereof. Examples of the acid include, but are not limited to, o-phthalic acid, adipic acid, and borodisalicylic acid. Examples of the base include, but are not limited to, substances having a pKb constant of 10 or more, such as acetanilide, urea, caffeine, and α-naphthylamine.
以上のような構成を備えた本発明にかかる電解コンデンサ1の特性評価を行った。特性評価の試験としては、電解コンデンサ1の電解液の高耐圧性について測定を行い(試験1)、さらに、電解コンデンサ1の寿命を測定するために時間変化によるESRを測定した(試験2)。まず、試験を行ったサンプルとして本発明にかかる構成の実施例1〜実施例6を用意した。また、本発明にかかる各実施例と比較するために比較例1〜比較例4も用意した。まず、各実施例及び比較例について説明する。
The characteristics of the
(実施例1)
実施例1の電解コンデンサは、完成寸法(外装ケース2に収納した状態での電解コンデンサ1の外形寸法)をφ10mm×H10.5mmとしている。まず、誘電体被膜を有する陽極箔11と陰極箔12とを電解紙等のセパレータ13を介して巻回し、定格250(V)−6.8(μF)のコンデンサ素子10を作成した。
(Example 1)
The electrolytic capacitor of Example 1 has a completed dimension (external dimension of the
次に、電解液は、溶媒としてγ−ブチロラクトン50重量部とスルホラン45重量部の混合物(溶媒)に、о−フタル酸(酸)とアセトアニリド(化学式、CH3CONHC6H5:塩基)を等量混合したものを5重量部投入し、撹拌することで溶かして生成される。なお、アセトアニリドのpKb定数は13.38(>10)である。 Next, the electrolytic solution is a mixture (solvent) of 50 parts by weight of γ-butyrolactone and 45 parts by weight of sulfolane as a solvent, о-phthalic acid (acid) and acetoanilide (chemical formula, CH 3 CONHC 6 H 5 : base), etc. It is produced by adding 5 parts by weight of a mixture and stirring it to dissolve it. The pKb constant of acetanilide is 13.38 (> 10).
そして、25℃に保たれた電解液にコンデンサ素子10を10秒間浸漬して電解液をコンデンサ素子10に含浸させた。次に、電解液を含浸したコンデンサ素子10をアルミニウム製の外装ケース2に収納して外装ケース2を封口し、実施例1の電解コンデンサを作成した。
Then, the
(実施例2)
実施例2の電解コンデンサは電解液を構成する塩基として尿素(化学式、CO(NH2)2)を用いている以外は、実施例1の電解コンデンサと同じ構成である。そのため、共通部分の詳細な説明は省略する。実施例2では、電解液は、γ−ブチロラクトン50重量部とスルホラン45重量部の混合物(溶媒)にо−フタル酸(酸)と尿素(塩基)を等量混合したものを5重量部投入し、撹拌することで溶かして、生成される。なお、尿素のpKb定数は12.50(>10)である。
(Example 2)
The electrolytic capacitor of Example 2 has the same configuration as the electrolytic capacitor of Example 1 except that urea (chemical formula, CO (NH 2 ) 2 ) is used as a base constituting the electrolytic solution. Therefore, detailed description of the common part will be omitted. In Example 2, as the electrolytic solution, 5 parts by weight of a mixture (solvent) of 50 parts by weight of γ-butyrolactone and 45 parts by weight of sulfolane mixed in equal amounts of о-phthalic acid (acid) and urea (base) was added. , Melted by stirring to produce. The pKb constant of urea is 12.50 (> 10).
(実施例3)
実施例3の電解コンデンサは電解液を構成する塩基としてカフェイン(化学式、C8H10O2N4)を用いている以外は、実施例1の電解コンデンサと同じ構成である。そのため、共通部分の詳細な説明は省略する。実施例3では、電解液は、γ−ブチロラクトン50重量部とスルホラン45重量部の混合物(溶媒)にо−フタル酸(酸)とカフェイン(塩基)を等量混合したものを5重量部投入し、撹拌することで溶かして、生成される。なお、カフェインのpKb定数は13.38(>10)である。
(Example 3)
The electrolytic capacitor of Example 3 has the same configuration as the electrolytic capacitor of Example 1 except that caffeine (chemical formula, C 8 H 10 O 2 N 4 ) is used as a base constituting the electrolytic solution. Therefore, detailed description of the common part will be omitted. In Example 3, as the electrolytic solution, 5 parts by weight of a mixture (solvent) of 50 parts by weight of γ-butyrolactone and 45 parts by weight of sulfolane mixed in equal amounts of о-phthalic acid (acid) and caffeine (base) was added. It is produced by melting by stirring. The pKb constant of caffeine is 13.38 (> 10).
(実施例4)
実施例4の電解コンデンサは電解液を構成する塩基としてα−ナフチルアミン(化学式、C10H7NH2)を用いている以外は、実施例1の電解コンデンサと同じ構成である。そのため、共通部分の詳細な説明は省略する。実施例4では、電解液は、γ−ブチロラクトン50重量部とスルホラン45重量部の混合物(溶媒)にо−フタル酸(酸)とα−ナフチルアミン(塩基)を等量混合したものを5重量部投入し、撹拌することで溶かして、生成される。なお、α−ナフチルアミンのpKb定数は10.07(>10)である。
(Example 4)
The electrolytic capacitor of Example 4 has the same configuration as the electrolytic capacitor of Example 1 except that α-naphthylamine (chemical formula, C 10 H 7 NH 2 ) is used as a base constituting the electrolytic solution. Therefore, detailed description of the common part will be omitted. In Example 4, the electrolytic solution is 5 parts by weight of a mixture (solvent) of 50 parts by weight of γ-butyrolactone and 45 parts by weight of sulfolane mixed in equal amounts of о-phthalic acid (acid) and α-naphthylamine (base). It is produced by adding and melting by stirring. The pKb constant of α-naphthylamine is 10.07 (> 10).
(実施例5)
実施例1と同様の工程でコンデンサ素子10を作製した。そして、ポリエチレンオキシオフェン粒子が水に分散された分散液(濃度:約3質量%)に25℃、89(kPa)の減圧下でコンデンサ素子10を1分間浸漬して分散液をコンデンサ素子10に含浸させた。次に、コンデンサ素子を125℃の乾燥炉で乾燥させ、導電性高分子層16を形成した。
(Example 5)
The
そして、25℃に保たれた電解液にコンデンサ素子10を10秒間浸漬して電解液をコンデンサ素子10に含浸させた。次に、電解液を含浸したコンデンサ素子10をアルミニウム製の外装ケース2に収納して外装ケース2を封口した。
Then, the
次に、定格電圧の1.15倍の電圧を印加しながら約125℃で約1時間エージングすることにより、実施例5の電解コンデンサを作成した。 Next, the electrolytic capacitor of Example 5 was prepared by aging at about 125 ° C. for about 1 hour while applying a voltage 1.15 times the rated voltage.
実施例5では、溶媒としてγ−ブチロラクトン50重量部とスルホラン45重量部の混合物(溶媒)に、о−フタル酸(酸)とアセトアニリド(化学式、CH3CONHC6H5:塩基)を等量混合したものを5重量部投入し、撹拌することで溶かして生成される。なお、アセトアニリドのpKb定数は13.38(>10)である。すなわち、実施例5の電解コンデンサは、実施例1の電解コンデンサの構成に導電性高分子層16を追加した構成である。
In Example 5, о-phthalic acid (acid) and acetoanilide (chemical formula, CH 3 CONHC 6 H 5 : base) are mixed in equal amounts with a mixture (solvent) of 50 parts by weight of γ-butyrolactone and 45 parts by weight of sulfolane as a solvent. It is produced by adding 5 parts by weight of the product and stirring it to dissolve it. The pKb constant of acetanilide is 13.38 (> 10). That is, the electrolytic capacitor of Example 5 has a configuration in which the
(実施例6)
実施例6の電解コンデンサは電解液を構成する塩基として尿素(化学式、CO(NH2)2)を用いている以外は、実施例5の電解コンデンサと同じ構成である。そのため、共通部分の詳細な説明は省略する。実施例6では、電解液は、γ−ブチロラクトン50重量部とスルホラン45重量部の混合物(溶媒)にо−フタル酸(酸)と尿素(塩基)を等量混合したものを5重量部投入し、撹拌することで溶かして、生成される。なお、尿素のpKb定数は12.50(>10)である。
(Example 6)
The electrolytic capacitor of Example 6 has the same configuration as the electrolytic capacitor of Example 5 except that urea (chemical formula, CO (NH 2 ) 2 ) is used as a base constituting the electrolytic solution. Therefore, detailed description of the common part will be omitted. In Example 6, as the electrolytic solution, 5 parts by weight of a mixture (solvent) of 50 parts by weight of γ-butyrolactone and 45 parts by weight of sulfolane mixed in equal amounts of о-phthalic acid (acid) and urea (base) was added. , Melted by stirring to produce. The pKb constant of urea is 12.50 (> 10).
(比較例1)
比較例1の電解コンデンサは電解液を構成する塩基としてトリエチルアミン(化学式、(C2H5)3N)を用いている。その他の構成は実施例1と同様に構成した。そのため、共通部分の詳細な説明は省略する。比較例1では、電解液は、γ−ブチロラクトン50重量部とスルホラン45重量部の混合物(溶媒)にо−フタル酸(酸)とトリエチルアミン(塩基)を等量混合したものを5重量部投入し、撹拌することで溶かして、生成される。なお、トリエチルアミンのpKb定数は、3.25(<10)である。
(Comparative Example 1)
The electrolytic capacitor of Comparative Example 1 uses triethylamine (chemical formula, (C 2 H 5 ) 3 N) as a base constituting the electrolytic solution. Other configurations were the same as in Example 1. Therefore, detailed description of the common part will be omitted. In Comparative Example 1, as the electrolytic solution, 5 parts by weight of a mixture (solvent) of 50 parts by weight of γ-butyrolactone and 45 parts by weight of sulfolane mixed in equal amounts of о-phthalic acid (acid) and triethylamine (base) was added. , Melted by stirring to produce. The pKb constant of triethylamine is 3.25 (<10).
(比較例2)
比較例2の電解コンデンサは電解液を構成する塩基としてピリジン(化学式、C5H5N)を用いている。その他の構成は実施例1と同様に構成した。そのため、共通部分の詳細な説明は省略する。比較例2では、電解液は、γ−ブチロラクトン50重量部とスルホラン45重量部の混合物(溶媒)にо−フタル酸(酸)とピリジン(塩基)を等量混合したものを5重量部投入し、撹拌することで溶かして、生成される。なお、ピリジンのpKb定数は8.37(<10)である。
(Comparative Example 2)
The electrolytic capacitor of Comparative Example 2 uses pyridine (chemical formula, C 5 H 5 N) as a base constituting the electrolytic solution. Other configurations were the same as in Example 1. Therefore, detailed description of the common part will be omitted. In Comparative Example 2, as the electrolytic solution, 5 parts by weight of a mixture (solvent) of 50 parts by weight of γ-butyrolactone and 45 parts by weight of sulfolane mixed in equal amounts of о-phthalic acid (acid) and pyridine (base) was added. , Melted by stirring to produce. The pKb constant of pyridine is 8.37 (<10).
(比較例3)
比較例3の電解コンデンサは電解液を構成する塩基としてトリエチルアミン(化学式、(C2H5)3N)を用いている。その他の構成は実施例5と同様に構成した。そのため、共通部分の詳細な説明は省略する。比較例3では、電解液は、γ−ブチロラクトン50重量部とスルホラン45重量部の混合物(溶媒)にо−フタル酸(酸)とトリエチルアミン(塩基)を等量混合したものを5重量部投入し、撹拌することで溶かして、生成される。なお、トリエチルアミンのpKb定数は、3.25(<10)である。
(Comparative Example 3)
The electrolytic capacitor of Comparative Example 3 uses triethylamine (chemical formula, (C 2 H 5 ) 3 N) as a base constituting the electrolytic solution. Other configurations were the same as in Example 5. Therefore, detailed description of the common part will be omitted. In Comparative Example 3, as the electrolytic solution, 5 parts by weight of a mixture (solvent) of 50 parts by weight of γ-butyrolactone and 45 parts by weight of sulfolane mixed in equal amounts of о-phthalic acid (acid) and triethylamine (base) was added. , Melted by stirring to produce. The pKb constant of triethylamine is 3.25 (<10).
(比較例4)
比較例4の電解コンデンサは、電解液を構成する酸としてボロジサリチル酸を用い、塩基としてトリメチルアミン(化学式、(CH3)3N)を用いている。その他の構成は実施例5と同様に構成した。比較例4では、電解液は、γ−ブチロラクトン50重量部とスルホラン45重量部の混合物(溶媒)にボロジサリチル酸(酸)とトリメチルアミン(塩基)を等量混合したものを5重量部投入し、撹拌することで溶かして、生成される。なお、そのため、共通部分の詳細な説明は省略する。トリメチルアミンのpKb定数は、4.26(<10)である。
(Comparative Example 4)
The electrolytic capacitor of Comparative Example 4 uses borodisalicylic acid as the acid constituting the electrolytic solution and trimethylamine (chemical formula, (CH 3 ) 3 N) as the base. Other configurations were the same as in Example 5. In Comparative Example 4, as the electrolytic solution, 5 parts by weight of a mixture (solvent) of 50 parts by weight of γ-butyrolactone and 45 parts by weight of sulfolane mixed in equal amounts of borodisalicylic acid (acid) and trimethylamine (base) was added. It is produced by melting by stirring. Therefore, detailed description of the common part will be omitted. The pKb constant of trimethylamine is 4.26 (<10).
以上のようにして作成した各実施例及び各比較例の電解コンデンサ1について、次の2つの試験を行い、比較を行った。
The following two tests were performed on the
(試験1)
上述のとおり、電解コンデンサを自動車の電源回路やLED照明の電源回路に用いる場合、高電圧(例えば、250V)が印加される回路中での使用になるので、電解コンデンサに対して高電圧に耐える性能(高耐圧性とする)の要求が高くなる。試験1として、電解コンデンサの高耐圧性能(高電圧に耐える性能)の測定を行った。
(Test 1)
As described above, when an electrolytic capacitor is used in a power supply circuit of an automobile or a power supply circuit of LED lighting, it is used in a circuit to which a high voltage (for example, 250V) is applied, so that it can withstand a high voltage with respect to the electrolytic capacitor. The demand for performance (high pressure resistance) increases. As
そこで、試験1では、電解コンデンサに対して、125℃の雰囲気中で10mAの電流を供給しつつ、陰極及び陽極の端子間に印加する電圧を上昇させ、そのときの、陽極箔11と陰極箔12の間の電圧を測定した。なお、電解コンデンサの高耐圧性能は、電解液の耐圧性の影響を受ける。そこで、電解液の耐圧性を評価するため、導電性高分子層16を備えていない実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2の電解コンデンサを利用して試験を行った。この試験結果を図4に示す。図4は、電解コンデンサの高耐圧性を示すグラフである。図4は、縦軸が電圧(V)であり、横軸が時間(秒)である。
Therefore, in
図4に示すように、実施例1、実施例2では、時間の経過に伴って、換言すると、端子に印加される電圧が大きくなるにしたがって、陰極と陽極との間の電圧(測定電圧)が上昇している。そして、300(V)超えて、さらに、電圧が上昇している。実施例1、実施例2の電解コンデンサは、高耐圧であることがわかる。実施例1及び実施例2で用いた電解液は、高電圧である定格250V(高電圧)の電解コンデンサの電解液として、適していることがわかる。 As shown in FIG. 4, in the first and second embodiments, the voltage (measured voltage) between the cathode and the anode increases with the passage of time, in other words, as the voltage applied to the terminal increases. Is rising. Then, the voltage has risen further beyond 300 (V). It can be seen that the electrolytic capacitors of Examples 1 and 2 have a high withstand voltage. It can be seen that the electrolytic solutions used in Examples 1 and 2 are suitable as electrolytic solutions for electrolytic capacitors having a high voltage rating of 250 V (high voltage).
一方、比較例1において、測定される電圧は、試験開始後100秒くらいまでは、実施例1、実施例2と同様の挙動を示す。その後、150秒を超えたあたりから、測定電圧の上昇が鈍くなり、約160(V)まで上昇した後、降下する。これは、比較例1の電解液の塩基であるトリエチルアミンの導電度が高いため、電圧上昇によってトリエチルアミン、すなわち、電解液に電流が流れて、その電流が陽極と陰極との間の漏れ電流となって、陽極と陰極との間の電圧が降下したものと考えられる。比較例1の電解コンデンサは高耐圧ではない、すなわち、比較例1の電解液は、定格250V(高電圧)の電解コンデンサの電解液として、不向きであることがわかる。 On the other hand, in Comparative Example 1, the measured voltage shows the same behavior as in Example 1 and Example 2 until about 100 seconds after the start of the test. After that, the rise of the measured voltage becomes slow from around 150 seconds, rises to about 160 (V), and then falls. This is because the conductivity of triethylamine, which is the base of the electrolytic solution of Comparative Example 1, is high, so that a current flows through the triethylamine, that is, the electrolytic solution due to a voltage increase, and the current becomes a leakage current between the anode and the cathode. Therefore, it is considered that the voltage between the anode and the cathode has dropped. It can be seen that the electrolytic capacitor of Comparative Example 1 does not have a high withstand voltage, that is, the electrolytic solution of Comparative Example 1 is not suitable as an electrolytic solution of an electrolytic capacitor having a rating of 250 V (high voltage).
また、比較例2では、測定電圧が約280(V)位まで上昇した後(約320秒経過後)に下降を開始し、その後、約220(V)〜240(V)程度に降下している。比較例2では、比較例1よりも高耐圧であるが、電解コンデンサ1の定格電圧250(V)の約1.1倍を超えると、耐電圧が250(V)よりも小さくなってしまう。そのため、安全性を考慮すると、比較例2に示す電解液は、定格電圧250(V)の電解コンデンサの電解液として好ましくない。すなわち、比較例2の電解液は、本発明のような高耐圧(約250V)が要求される電解コンデンサには不向きである。なお、比較例2に用いた電解液は、定格電圧を抑えた(例えば、200(V)程度の)電解コンデンサの電解液としては利用可能である。
Further, in Comparative Example 2, the measured voltage starts to decrease after rising to about 280 (V) (after about 320 seconds have passed), and then drops to about 220 (V) to 240 (V). There is. Comparative Example 2 has a higher withstand voltage than Comparative Example 1, but if it exceeds about 1.1 times the rated voltage 250 (V) of the
また、導電性高分子層を備えていない実施例3、実施例4に対しても、試験1を行った。その結果を、実施例1と共に図5に示す。図5は、電解コンデンサの高耐圧性を示すグラフである。図5に示しているように、実施例3、実施例4は、実施例1と同様、300(V)を超えて電圧が上昇している。そして、約330(V)で上限となり、少し下降するが、300(V)を超えた電圧値で横ばいになっている。すなわち、実施例3及び実施例4に示す電解コンデンサは、約300(V)以上の耐圧を有しているといえる。そして、実施例3及び実施例4に用いた電解液は、本発明にかかる高耐圧(定格250V)の電解コンデンサ1の電解液として、適していることがわかる。
In addition,
以上の試験を図6にまとめる。図6は、実施例1〜実施例4、比較例1〜比較例2に用いた塩基とそのpKb定数及び高耐圧の評価について示す表である。図6の左端の列は、上から順に、実施例1〜実施例4、比較例1〜比較例2を示している。また、左端から2番目の列は、各例に用いられて塩基の種類、次の列はpKb定数、そして、最も右の列が高耐圧の評価である。なお、高耐圧の評価については、高い耐圧性を有するものを「○」で示し、条件付きで使用可能なものを「△」で示し、適切ではないものを「×」で示している。 The above tests are summarized in FIG. FIG. 6 is a table showing the evaluation of the bases used in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 and their pKb constants and high withstand voltage. The leftmost column of FIG. 6 shows Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 in order from the top. The second column from the left is the type of base used in each example, the next column is the pKb constant, and the rightmost column is the evaluation of high withstand voltage. Regarding the evaluation of high withstand voltage, those having high withstand voltage are indicated by "○", those that can be used conditionally are indicated by "Δ", and those that are not appropriate are indicated by "x".
上述のとおり、実施例1〜実施例4の電解コンデンサは、定格250(V)の1.2倍の電圧である300(V)以上の電圧に耐えることが可能である、すなわち、高い耐圧性を有する(高耐圧である)。そのため、図6において、実施例1〜実施例4の評価を「○」とした。図6に示すように、実施例4で用いた塩基であるα‐ナフチルアミンのpKb定数が10.07で、実施例1〜実施例4に用いた塩基の中で最も小さい。 As described above, the electrolytic capacitors of Examples 1 to 4 can withstand a voltage of 300 (V) or more, which is 1.2 times the rated voltage of 250 (V), that is, have high withstand voltage. (High withstand voltage). Therefore, in FIG. 6, the evaluation of Examples 1 to 4 was designated as “◯”. As shown in FIG. 6, the pKb constant of α-naphthylamine, which is the base used in Example 4, is 10.07, which is the smallest among the bases used in Examples 1 to 4.
一方、比較例1は、測定された電圧の最大値がおよそ160(V)であり、電解コンデンサの定格の250(V)に到達していない。そのため、比較例1の電解コンデンサの高耐圧の評価を「×」とした。 On the other hand, in Comparative Example 1, the maximum value of the measured voltage is about 160 (V), which does not reach the rating of 250 (V) of the electrolytic capacitor. Therefore, the evaluation of the high withstand voltage of the electrolytic capacitor of Comparative Example 1 was set to "x".
また、比較例2は、定格250(V)よりも高い約280(V)まで測定されたが、その後、測定された電圧が定格の250(V)を下回っている。例えば、定格を超えない回路に用いる場合には、比較例2の電解コンデンサを利用することが可能であるが、定格を超える電圧となる場合には性能を保証できない。実施例2の電解コンデンサは、定格を超えないとの条件付きで高耐圧のコンデンサに利用可能であり、高耐圧の評価を「△」とした。なお、比較例2で用いた塩基であるピリジンのpKb定数は、8.37である。 Further, in Comparative Example 2, the measured voltage was measured up to about 280 (V), which is higher than the rating of 250 (V), but the measured voltage is subsequently lower than the rated voltage of 250 (V). For example, when used in a circuit that does not exceed the rating, the electrolytic capacitor of Comparative Example 2 can be used, but the performance cannot be guaranteed when the voltage exceeds the rating. The electrolytic capacitor of Example 2 can be used as a capacitor with a high withstand voltage under the condition that the rating is not exceeded, and the evaluation of the high withstand voltage is set to “Δ”. The pKb constant of pyridine, which is the base used in Comparative Example 2, is 8.37.
以上のことから、電解コンデンサの高耐圧性は、電解液に含まれる塩基のpKb定数が関係していることがわかる。そして、塩基としてpKb定数が8.37のピリジンを含む電解液は、要求される高耐圧(250V)の電解コンデンサの電解液として利用することが難しいことが分かった。一方で、pKb定数10.07のα−ナフチルアミンを含む電解液は、要求される高耐圧(250V)の電解コンデンサの電解液として利用することが可能であることが分かった。すなわち、以上の試験結果から、pKb定数が10以上の塩基を含む電解液を用いることで、安全性を担保できるとともに高耐圧の電解コンデンサを作製することができることが分かった。 From the above, it can be seen that the high withstand voltage of the electrolytic capacitor is related to the pKb constant of the base contained in the electrolytic solution. It was found that it is difficult to use an electrolytic solution containing pyridine having a pKb constant of 8.37 as a base as an electrolytic solution for a required high withstand voltage (250 V) electrolytic capacitor. On the other hand, it was found that the electrolytic solution containing α-naphthylamine having a pKb constant of 10.07 can be used as the electrolytic solution of the required high withstand voltage (250 V) electrolytic capacitor. That is, from the above test results, it was found that by using an electrolytic solution containing a base having a pKb constant of 10 or more, safety can be ensured and a high withstand voltage electrolytic capacitor can be manufactured.
(試験2)
高い耐圧性を有する電解コンデンサは、例えば、自動車や電化製品に用いられるコンプレッサの電源回路、LEDを用いた照明装置の電源回路等に用いられることが多い。そして、電源回路に用いられる電解コンデンサには、長期間にわたって、設計時に想定している性能を維持する、すなわち、長寿命であることが要求される。
(Test 2)
Electrolytic capacitors with high withstand voltage are often used, for example, in power supply circuits for compressors used in automobiles and electric appliances, power supply circuits for lighting devices using LEDs, and the like. Then, the electrolytic capacitor used in the power supply circuit is required to maintain the performance assumed at the time of design for a long period of time, that is, to have a long life.
電解コンデンサの性能を測る指標の一つに等価直流抵抗(ESR)がある。電解コンデンサにおいて、ESRが大きくなると、放電電圧の低下が大きくなる。すなわち、ESRが小さいコンデンサが高性能である。また、一般的な電解コンデンサでは、使用時間が長くなるとESRが大きくなる傾向がある。ESRが増加すると、通電時の発熱量が増加し、コンデンサの性能の低下(劣化)の原因になる。時間変化によるESRの増加が少ないコンデンサが、長期間にわたって性能を維持できるとされている。つまり、電解コンデンサでは、ESRが小さいほど、放電電圧の低下が抑制されて高性能であり、時間経過(使用時間)に伴うESRの増加が少ないほど、長寿命であるといえる。 Equivalent direct current resistance (ESR) is one of the indexes for measuring the performance of electrolytic capacitors. In the electrolytic capacitor, the larger the ESR, the larger the decrease in the discharge voltage. That is, a capacitor with a small ESR has high performance. Further, in a general electrolytic capacitor, the ESR tends to increase as the usage time increases. When the ESR increases, the amount of heat generated when energized increases, which causes deterioration (deterioration) of the performance of the capacitor. It is said that a capacitor with a small increase in ESR due to time change can maintain its performance for a long period of time. That is, it can be said that the smaller the ESR of the electrolytic capacitor, the more the decrease in the discharge voltage is suppressed and the higher the performance, and the smaller the increase of the ESR with the passage of time (use time), the longer the life.
そこで、試験2として、電解コンデンサのESRを測定する試験を行った。試験2の詳細は次のとおりである。試験2は、導電性高分子層を備えた実施例5、実施例6、比較例3及び比較例4の電解コンデンサに対し、雰囲気温度135℃で定格電圧250Vを印加し、一定時間ごとに電解コンデンサの100kHzにおけるESRを測定した。この試験結果を図7に示す。図7は、電解コンデンサの時間経過とESRとの関係を示すグラフである。図7に示すグラフでは、縦軸がESR(mΩ/100kHz)であり、横軸が時間(Hrs)である。なお、グラフは、縦軸が対数目盛の片対数グラフである。
Therefore, as
図7に示すように、実施例5及び実施例6の試験開始直後のESRは、それぞれ、約20mΩ及び約60mΩであり、低い値である。そして、実施例5及び実施例6のESRは、時間経過とともに、少し増加し、それぞれ、約40mΩ及び約100mΩで安定する。すなわち、実施例5及び実施例6は、ESRによる放電電圧の低下が抑制されているとともに、長期間にわたって、放電電圧の低下が抑制されている。 As shown in FIG. 7, the ESRs of Example 5 and Example 6 immediately after the start of the test are about 20 mΩ and about 60 mΩ, respectively, which are low values. The ESRs of Examples 5 and 6 increase slightly with the passage of time and stabilize at about 40 mΩ and about 100 mΩ, respectively. That is, in Examples 5 and 6, the decrease in the discharge voltage due to ESR is suppressed, and the decrease in the discharge voltage is suppressed for a long period of time.
ESRが低く抑えられているのは、pKb定数が大きい塩基を用いたことによる電解液の導電性の低さを、陽極箔11に設けられた導電性高分子層16で補っているためと考えられる。また、時間経過によるESRの上昇が抑えられているのは、電解液に含まれる塩基のpKb定数が小さい、すなわち、弱塩基であるため、酸化膜15及び導電性高分子層16が劣化しにくいためと考えられる。
It is considered that the reason why the ESR is kept low is that the low conductivity of the electrolytic solution due to the use of the base having a large pKb constant is compensated by the
一方、比較例3及び比較例4の試験開始直後のESRは、それぞれ、30mΩ及び20mΩであり、低い値である。これは、pKb定数が低い塩基を含む電解液は導電性が高く、結果として、ESRが低くなっていると考えられる。また、比較例3では、1000時間(Hrs)を超えたあたりから、比較例4では、3500時間(Hrs)を超えたあたりから、ESRが急上昇している。これは、比較例3及び比較例4では、pKb定数が小さい、すなわち、強い塩基を用いているため、経過時間が長くなると、塩基によって、電解コンデンサの酸化膜15及び導電性高分子層16が劣化したために、ESRが上昇したものと考えられる。
On the other hand, the ESRs of Comparative Example 3 and Comparative Example 4 immediately after the start of the test were 30 mΩ and 20 mΩ, respectively, which are low values. It is considered that the electrolytic solution containing a base having a low pKb constant has high conductivity, and as a result, the ESR is low. Further, in Comparative Example 3, the ESR increased sharply from around 1000 hours (Hrs) and in Comparative Example 4 from around 3500 hours (Hrs). This is because in Comparative Example 3 and Comparative Example 4, the pKb constant is small, that is, a strong base is used. Therefore, when the elapsed time is long, the
つまり、本発明の構成を有する電解コンデンサでは、従来ESRの増大の原因であることから利用されなかったpKb定数が大きい塩基を電解液に用いても、ESRを低く抑えることができるとともに、経過時間によるESRの上昇も抑制できる。 That is, in the electrolytic capacitor having the configuration of the present invention, even if a base having a large pKb constant, which has not been used in the past because it causes an increase in ESR, is used in the electrolytic solution, the ESR can be kept low and the elapsed time can be suppressed. The increase in ESR due to the above can also be suppressed.
本発明にかかる電解コンデンサのように、導電性高分子層16で陽極箔11の酸化膜15を覆うとともに、電解液を含浸させた構成を有する電解コンデンサでは、電解液に含まれる塩基のpKb定数を10以上とすることで、高耐圧性を有するとともに、長寿命化が可能な電解コンデンサを得ることができることがわかった。
Like the electrolytic capacitor according to the present invention, in an electrolytic capacitor having a structure in which the
1 電解コンデンサ
2 外装ケース(容器)
3 封口部材
10 コンデンサ素子
11 陽極箔
12 陰極箔
13 セパレータ
14 巻き止めテープ
15 酸化膜
16 導電性高分子層
21、22 リード線
21a、22a リードタブ
1
3 Sealing
Claims (7)
前記容器内に収納されたコンデンサ素子と、
前記容器内に収納され前記コンデンサ素子に含浸される電解液と、を有し、
前記コンデンサ素子は、間をあけて配置される陽極及び陰極とを有しており、
前記陽極の前記陰極側の面には酸化膜が形成されており、前記酸化膜の前記陰極と対向する側には導電性高分子層が形成されており、
前記電解液が、溶媒と、酸と、塩基とを用い、
前記塩基として、塩基解離度が12.50よりも大きいアミンを用いることを特徴としている電解コンデンサ。 With the container
The capacitor element housed in the container and
It has an electrolytic solution that is stored in the container and impregnated in the capacitor element.
The capacitor element has an anode and a cathode arranged at intervals, and has an anode and a cathode.
An oxide film is formed on the surface of the anode on the cathode side, and a conductive polymer layer is formed on the side of the oxide film facing the cathode.
The electrolytic solution uses a solvent, an acid, and a base.
An electrolytic capacitor characterized in that an amine having a base dissociation degree of more than 12.50 is used as the base.
前記容器内に収納されたコンデンサ素子と、
前記容器内に収納され前記コンデンサ素子に含浸される電解液と、を有し、
前記コンデンサ素子は、間をあけて配置される陽極及び陰極とを有しており、
前記陽極の前記陰極側の面には酸化膜が形成されており、前記酸化膜の前記陰極と対向する側には導電性高分子層が形成されており、
前記電解液が、溶媒と、酸と、塩基解離度が10以上の塩基とを用い、
前記塩基として、アセトアニリド(化学式CH3CONHC6H5)を用いることを特徴とする電解コンデンサ。 With the container
The capacitor element housed in the container and
It has an electrolytic solution that is stored in the container and impregnated in the capacitor element.
The capacitor element has an anode and a cathode arranged at intervals, and has an anode and a cathode.
An oxide film is formed on the surface of the anode on the cathode side, and a conductive polymer layer is formed on the side of the oxide film facing the cathode.
The electrolytic solution uses a solvent, an acid, and a base having a base dissociation degree of 10 or more.
An electrolytic capacitor using acetanilide (chemical formula CH3CONHC6H5) as the base.
前記容器内に収納されたコンデンサ素子と、
前記容器内に収納され前記コンデンサ素子に含浸される電解液と、を有し、
前記コンデンサ素子は、間をあけて配置される陽極及び陰極とを有しており、
前記陽極の前記陰極側の面には酸化膜が形成されており、前記酸化膜の前記陰極と対向する側には導電性高分子層が形成されており、
前記電解液が、溶媒と、酸と、塩基解離度が10以上の塩基とを用い、
前記塩基として、カフェイン(化学式C8H10O2N4)を用いることを特徴とする電解コンデンサ。 With the container
The capacitor element housed in the container and
It has an electrolytic solution that is stored in the container and impregnated in the capacitor element.
The capacitor element has an anode and a cathode arranged at intervals, and has an anode and a cathode.
An oxide film is formed on the surface of the anode on the cathode side, and a conductive polymer layer is formed on the side of the oxide film facing the cathode.
The electrolytic solution uses a solvent, an acid, and a base having a base dissociation degree of 10 or more.
An electrolytic capacitor characterized by using caffeine (chemical formula C8H10O2N4) as the base.
前記塩基として、塩基解離度が12.50よりも大きいアミンを用いる電解コンデンサ用電解液。 An electrolytic solution for a capacitor used in the electrolytic capacitor according to claim 1 .
An electrolytic solution for an electrolytic capacitor using an amine having a base dissociation degree of more than 12.50 as the base.
前記塩基として、アセトアニリド(化学式CH3CONHC6H5)を用いることを特徴としている電解コンデンサ用電解液。 An electrolytic solution for a capacitor used in the electrolytic capacitor according to claim 1 .
An electrolytic solution for an electrolytic capacitor, characterized in that acetanilide (chemical formula CH3CONHC6H5) is used as the base.
前記塩基として、カフェイン(化学式C8H10O2N4)を用いることを特徴としている電解コンデンサ用電解液。 An electrolytic solution for a capacitor used in the electrolytic capacitor according to claim 1 .
An electrolytic solution for an electrolytic capacitor, characterized in that caffeine (chemical formula C8H10O2N4) is used as the base.
前記溶媒として、γ−ブチロラクトン、スルホランまたはこれらの混合物のいずれかを用いることを特徴とする電解コンデンサ用電解液。 An electrolytic solution for a capacitor used in the electrolytic capacitor according to any one of claims 1 to 3 .
An electrolytic solution for an electrolytic capacitor, which comprises using any one of γ-butyrolactone, sulfolane, or a mixture thereof as the solvent.
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