JP6941765B2 - 電解コンデンサ - Google Patents
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Description
化合物を含み、溶質は、酸成分と、塩基成分と、を含む。ただし、溶質は、質量比で、塩基成分よりも多くの酸成分を含み、酸成分は、ヒドロキシル基を有する第1芳香族化合物を含む。
だけでなく、長期的に、電解コンデンサのESRを低く維持することができる。その理由は、第1芳香族化合物のヒドロキシル基には、導電性高分子を長期的に安定化させる作用があると考えられる。このような作用には、第1芳香族化合物のヒドロキシル基が弱酸性を示すことや、第1芳香族化合物のヒドロキシル基が安定であり、例えばエステル化反応などの副反応を進行させにくい点が関連していると考えられる。
つカルボキシル基を2個以上有する芳香族化合物(第2芳香族化合物)が好ましい。第2芳香族化合物のカルボキシル基は、比較的安定であり、副反応を進行させにくい。よって、第2芳香族化合物は、比較的長期間にわたって、導電性高分子を安定化させる効果を発現する。また、第2芳香族化合物は、電解液中で適度な酸性を呈することから、陽極体を腐食により損傷する可能性も低い。
され、例えば、長期間使用中の電解コンデンサ内での水分の増加量を低減することができる。
≪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。
(i)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。
(ii)陰極体22を準備する工程
陰極体22には、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。
(iii)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。
(iv)コンデンサ素子10を形成する工程
次に、高分子分散体を、誘電体層に含浸させ、誘電体層の少なくとも一部を覆う膜を形成する。高分子分散体は、液状成分と、液状成分に分散する導電性高分子とを含む。高分子分散体は、液状成分に導電性高分子が溶解した溶液でもよく、液状成分に導電性高分子の粒子が分散した分散液でもよい。次に、乾燥により、形成された膜から液状成分を揮発させることにより、誘電体層の少なくとも一部を覆う緻密な固体電解質層が形成される。高分子分散体は、液状成分中に均一に分布しているため、均一な固体電解質層を形成しやすい。これにより、コンデンサ素子10が得られる。
駆体モノマーを重合させ、導電性高分子の粒子を生成させる方法などにより得ることができる。好ましい高分子分散体としては、例えば、ポリスチレンスルホン酸(PSS)がドープされたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)、すなわちPEDOT/PSSが挙げられる。なお、導電性高分子の酸化防止剤を添加してもよいが、PEDOT/PSSは、ほとんど酸化しないため、酸化防止剤を用いる必要はない。
(v)コンデンサ素子10に電解液を含浸させる工程
次に、コンデンサ素子10に、電解液を含浸させる。これにより、誘電体層の修復機能に優れた電解コンデンサが得られる。コンデンサ素子10に電解液を含浸させる方法は特に限定されない。例えば、容器に収容された電解液にコンデンサ素子10を浸漬させる方法が簡易で好ましい。浸漬時間は、コンデンサ素子10のサイズにもよるが、例えば1秒〜5分である。含浸は、減圧下、例えば10〜100kPa、好ましくは40〜100kPaの雰囲気で行うことが好ましい。
(vi)コンデンサ素子を封止する工程
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。
な電解コンデンサが完成する。その後、定格電圧を印加しながら、エージング処理を行ってもよい。
[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1〜6》
本実施例では、定格電圧100V、定格静電容量15μFの巻回型の電解コンデンサ(Φ(直径)8.0mm×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、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)6mm×(横)120mmとなるように裁断して、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た。その後、アルミニウム箔を、(縦)6mm×(横)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た。巻回体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。
(高分子分散体の調製)
3,4−エチレンジオキシチオフェンと、高分子ドーパントであるポリスチレンスルホン酸(PSS、重量平均分子量10万)とを、イオン交換水(液状成分)に溶かし、混合溶液を調製した。混合溶液を撹拌しながら、イオン交換水に溶かした硫酸鉄(III)(酸化剤)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、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PSSがドープされたポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT/PSS)を含む高分子分散体を得た。
(固体電解質層の形成)
減圧雰囲気(40kPa)中で、所定容器に収容された高分子分散体に巻回体を5分間浸漬し、その後、高分子分散体から巻回体を引き上げた。次に、高分子分散体を含浸した巻回体を、150℃の乾燥炉内で20分間乾燥させ、誘電体層の少なくとも一部を被覆する固体電解質層を形成した。
(電解液の含浸)
グリコール化合物としてエチレングリコール(EG)と、分子量約300のポリエチレングリコール(PEG)とを含み、第1芳香族化合物としてピロガロールを含む、表1に示す組成の電解液を調製し、減圧雰囲気(40kPa)中で、電解液にコンデンサ素子を5分間浸漬した。なお、カルボン酸(o−フタル酸)の少なくとも一部は、塩基成分(トリエチルアミン)との塩(フタル酸トリエチルアミン)として添加した。
電解液を含浸させ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、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(ゴム成分としてブチルゴムを含む弾性材料)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(A1〜A6
)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。電解コンデンサA1〜A6は、それぞれ実施例1〜6に対応する。
《比較例1》
ピロガロールを用いず、かつ溶媒100質量部に対するo−フタル酸の量を4.2質量部に変更した表2に示す組成の電解液を用いたこと以外、実施例6と同様に電解コンデンサB1を作製し、同様に評価した。
《比較例2》
溶媒100質量部に対するピロガロールの量を0.5質量部に変更し、かつo−フタル酸の量を1.6質量部に変更した表2に示す組成の電解液を用いたこと以外、実施例6と同様に電解コンデンサB2を作製し、同様に評価した。
溶媒の組成を表3に示すように変更したこと以外、実施例1と同様に電解コンデンサA7〜11を作製し、同様に評価した。
得られた電解コンデンサについて、静電容量、ESR、破壊耐電圧(BDV)を測定した。破壊耐電圧(BDV)は、1.0V/秒のレートで昇圧しながら電圧を印加し、0.5Aの過電流が流れるときの電圧を測定した。
5000時間保持後のESR(X)の比(X/X0)で示した。評価結果を表4に示す。
Claims (14)
- 誘電体層を有する陽極体と、前記陽極体の前記誘電体層に接触した固体電解質層と、電
解液と、を備え、
前記電解液は、溶媒および溶質を含み、
前記溶媒は、グリコール化合物を含み、
前記溶質は、酸成分と、塩基成分と、を含み、
前記溶質は、質量比で、前記塩基成分よりも多くの前記酸成分を含み、
前記酸成分は、ヒドロキシル基を有する第1芳香族化合物を含み、
前記第1芳香族化合物は、芳香環に直接結合するカルボキシル基を有さず、
前記溶媒に含まれる前記グリコール化合物の割合が、50質量%以上であり、
前記溶質に含まれる前記第1芳香族化合物の割合が、28.8質量%以上、95.3質量%以下である、
電解コンデンサ。 - 前記グリコール化合物は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレン
グリコール、プロピレングリコール、分子量190〜400のポリエチレングリコールの
内の少なくとも1つを含む、請求項1に記載の電解コンデンサ。 - 前記グリコール化合物は、エチレングリコールを含む、請求項1または2に記載の電解
コンデンサ。 - 前記電解液のpHが4以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 前記第1芳香族化合物は、ヒドロキシル基を2個以上有する、請求項1〜4のいずれか
1項に記載の電解コンデンサ。 - 前記第1芳香族化合物が、カテコールおよびピロガロールよりなる群から選択される少
なくとも1種である、請求項5に記載の電解コンデンサ。 - 前記電解液に含まれる前記第1芳香族化合物の割合が、0.1〜30質量%である、請
求項1〜6のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。 - 前記電解液に含まれる前記溶質の割合が、2〜32質量%である、請求項1〜7のいず
れか1項に記載の電解コンデンサ。 - 前記酸成分が、更に、カルボン酸を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の電解コ
ンデンサ。 - 前記カルボン酸の一部が、前記塩基成分との塩に由来する、請求項9に記載の電解コ
ンデンサ。 - 前記カルボン酸が、カルボキシル基を2個以上有する第2芳香族化合物を含む、請求項
9または10に記載の電解コンデンサ。 - 前記第2芳香族化合物が、o−フタル酸およびピロメリット酸よりなる群から選択され
る少なくとも1種である、請求項11に記載の電解コンデンサ。 - 前記塩基成分は、第1級アミン、第2級アミンおよび第3級アミンよりなる群から選択
される少なくとも1種である、請求項1〜12のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。 - 前記固体電解質層は、導電性高分子と、高分子ドーパントと、を含む、請求項1〜13
のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
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