JP7285501B2 - 電解コンデンサ - Google Patents
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Description
電解液は、溶媒と、溶質と、高分子成分と、を含む。電解液は、構成成分を混合することにより調製できる。
(溶媒)
溶媒は、少なくともエチレングリコール化合物(第1溶媒)を含んでいればよい。エチレングリコール化合物としては、エチレングリコール、オキシエチレンユニットの繰り返し数が2~8であるポリエチレングリコールが好ましい。第1溶媒としてのポリエチレングリコールとしては、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、ヘキサエチレングリコールなどが挙げられる。ポリエチレングリコールにおけるオキシエチレンユニットの繰り返し数は、2~6が好ましく、2~4であってもよい。エチレングリコール化合物は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、エチレングリコールは封口部材を透過し難い観点から好ましい。また、エチレングリコールは、第1溶媒の中でも粘度が低いため、溶質を溶解しやすい。さらに、エチレングリコールは、熱伝導性が高く、リップル電流が発生したときの放熱性にも優れているため、耐熱性を向上させる効果も大きい。
溶質としては、酸成分と塩基成分との塩などのイオン性物質が好ましい。塩は、電解液中で少なくとも一部が解離して、カチオンおよびアニオンを生成している。溶質が、酸成分および塩基成分を含むことで、イオンの解離度が上がるため、誘電体層の修復性を向上できる。なお、電解液を調製する際には、溶媒に塩を添加してもよく、酸成分および塩基成分を添加してもよく、塩と、酸成分および/または塩基成分とを添加してもよい。
高分子成分は、少なくともポリアルキレングリコール(第1高分子)を含んでいればよく、ポリアルキレングリコール以外の第2高分子を含んでもよい。
ポリアルキレングリコールとしては、ポリオキシエチレンとポリオキシプロピレンとの混合物、および/またはオキシエチレン-オキシプロピレン共重合体が使用される。ここで、ポリアルキレングリコールにおいて、オキシエチレンユニット(-O-CH2-CH2-)のオキシプロピレンユニット(-O-CH(-CH3)-CH2-)に対するモル比(=m/n)は、1より大きい。このようなポリアルキレングリコールを用いることで、上述のように、誘電体層の修復性が向上し、漏れ電流を低減できる。
ことがさらに好ましい。m/n比が1以下である場合には、上述のように、誘電体層の修復性が不十分であるとともに、場合によっては容量が低下する。陽極体の近傍にポリアルキレングリコールが位置し易い観点からは、m/n比は、10以下であることが好ましく、5以下であってもよい。これらの下限値と上限値とは任意に組み合わせることができる。
なお、Mnは、ゲルパーミエイションクロマトグラフィーを用いて算出されるポリスチレン換算の数平均分子量である。
電解液は、さらに、ホウ酸とヒドロキシ化合物との縮合物、およびリン酸とヒドロキシ化合物との縮合物からなる群より選択される少なくとも一種のエステル化合物を含んでもよい。本実施形態では、エチレングリコール化合物と溶質としての酸成分とを用いることで、電解液中で脱水縮合により水が発生して、リフロー時に水が気化することにより電解コンデンサの内圧が上昇することがある。エステル化合物を添加すると、エステル化合物の加水分解により電解コンデンサ内の水分量を低減することができる。このため、リフロー処理時の電解コンデンサの内圧上昇を抑制することができる。これにより、内圧上昇に伴う封口部材の変形による電解コンデンサの実装不良なども抑制することができる。なお、エステル化合物は、溶質を殆ど溶かさないため、電解液中において溶媒に含めないものとする。
例えば、一般式:H(OC2H4)rOH(式中、rは2以上500以下の整数)で表される化合物が、ポリアルキレングリコールとして挙げられる。具体的には、ポリアルキレングリコールとしては、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどが挙げられる。
コンデンサ素子10は、誘電体層を有する陽極体と、陰極体と、誘電体層に接触した固体電解質と、を備える。コンデンサ素子10は、通常、陽極体と陰極体との間に介在するセパレータを備えている。
陽極体としては、例えば、表面が粗面化された金属箔が挙げられる。金属箔を構成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。
誘電体層は、陽極体の表面に形成される。具体的には、誘電体層は、粗面化された金属箔の表面に形成されるため、陽極体の表面の孔や窪み(ピット)の内壁面に沿って形成される。
陰極体には、例えば、金属箔が使用される。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。陰極体には、必要に応じて、粗面化および/または化成処理を行ってもよい。粗面化および化成処理は、例えば、陽極体について記載した方法などにより行なうことができる。
セパレータとしては、特に制限されず、例えば、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ビニロン、ポリアミド(例えば、脂肪族ポリアミド、アラミドなどの芳香族ポリアミド)の繊維を含む不織布などを用いてもよい。
固体電解質は、例えば、マンガン化合物や導電性高分子を含む。導電性高分子としては、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンおよびこれらの誘導体などを用いることができる。導電性高分子を含む固体電解質は、例えば、原料モノマーを誘電体層上で化学重合および/または電解重合することにより、形成することができる。あるいは、導電性高分子が溶解した溶液、または、導電性高分子が分散した分散液を、誘電体層に塗布することにより、形成することができる。
コンデンサ素子10は、公知の方法により作製することができる。例えば、コンデンサ素子10は、誘電体層を形成した陽極体と陰極体とを、セパレータを介して重ね合わせた後、陽極体と陰極体との間に固体電解質層を形成することにより作製してもよい。誘電体層を形成した陽極体と陰極体とを、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、陽極体と陰極体との間に固体電解質層を形成することにより作製してもよい。巻回体を形成する際、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、リード線14A,14Bを巻回体から植立させてもよい。
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
本実施例では、定格電圧35V、定格静電容量270μFの巻回型の電解コンデンサ(直径10mm×長さ10mm)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。
表面を粗面化したAl箔に、アジピン酸アンモニウム溶液を用いて化成処理し、誘電体層を形成した。得られた陽極箔を所定サイズに裁断した。陽極箔と陰極箔としてのAl箔に、それぞれ、リードタブを接続し、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回し、外側表面を巻止めテープで固定することで巻回体を作製した。このとき、リードタブおよびリードタブと一体化したリード線は、巻回体より引き出した状態で、リードタブを巻き込みながら巻回した。巻回体に、さらにアジピン酸アンモニウム溶液を用いて再度化成処理した。
ケース内に電解液を注液し、減圧雰囲気(40kPa)中でコンデンサ素子に電解液を含浸させた。電解液としては、エチレングリコールとスルホランとを質量比1:1で含む溶媒に、溶質としてフタル酸およびトリエチルアミンと、オキシエチレン-オキシプロピレン共重合体とを溶解させた溶液を用いた。電解液中、フタル酸成分およびトリエチルアミン成分の濃度は、それぞれ、20質量%および5質量%であり、共重合体の濃度は20質量%とした。共重合体におけるオキシエチレンユニットのオキシプロピレンユニットに対するモル比m/nは、1.3であり、共重合体のMnは、1700であった。
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口部材(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を完成させた。その後、電圧を印加しながら、エージング処理を行った。
共重合体の代わりに、ポリオキシエチレン(Mn:1000)およびポリオキシプロピレン(Mn:1000)の混合物を用いたこと以外は、実施例1と同様に電解液を調製し、電解コンデンサを組み立てた。電解液中のポリオキシエチレンおよびポリオキシプロピレンの濃度は、それぞれ、10質量%および10質量%とした。使用したポリオキシエチレンおよびポリオキシプロピレン全体において、オキシエチレンユニットのオキシプロピレンユニットに対するモル比m/nは、1.3であった。
オキシエチレン-オキシプロピレン共重合体におけるオキシエチレンユニットのオキシプロピレンユニットに対するモル比m/nを1.05に変更した。これ以外は、実施例1と同様に電解液を調製し、電解コンデンサを組み立てた。
オキシエチレン-オキシプロピレン共重合体におけるオキシエチレンユニットのオキシプロピレンユニットに対するモル比m/nを2.0に変更した。これ以外は、実施例1と同様に電解液を調製し、電解コンデンサを組み立てた。
オキシエチレン-オキシプロピレン共重合体におけるオキシエチレンユニットのオキシプロピレンユニットに対するモル比m/nを5.0に変更した。これ以外は、実施例1と同様に電解液を調製し、電解コンデンサを組み立てた。
電解液にホウ酸とヒドロキシ化合物との縮合物を添加した以外は、実施例1と同様に電解液を調製し、電解コンデンサを組み立てた。ホウ酸とヒドロキシ化合物との縮合物としては、ホウ酸とモノオール化合物との縮合物およびホウ酸とジオール化合物との縮合物を用いた。モノオール化合物およびジオール化合物のモル比(モノオール化合物:ジオール化合物)は1:1とした。モノオール化合物にはトリエチレングリコールモノメチルエーテルを用い、ジオール化合物にはジエチレングリコールを用いた。
共重合体の代わりに、ポリエチレングリコール(Mn:1000)を用いたこと以外は、実施例1と同様に電解液を調製し、電解コンデンサを組み立てた。電解液中のポリエチレングリコールの濃度は、50質量%とした。
オキシエチレン-オキシプロピレン共重合体におけるオキシエチレンユニットのオキシプロピレンユニットに対するモル比m/nを0.67に変更したこと以外は、実施例1と同様に電解液を調製し、電解コンデンサを組み立てた。
電解液中のポリオキシエチレンおよびポリオキシプロピレンの濃度は、それぞれ、17質量%および33質量%とし、使用したポリオキシエチレンおよびポリオキシプロピレン全体において、オキシエチレンユニットのオキシプロピレンユニットに対するモル比m/nを、0.67とした。これら以外は、実施例2と同様に電解液を調製し、実施例1と同様に電解コンデンサを組み立てた。
実施例および比較例で得られた電解コンデンサを用いて、下記の手順で、漏れ電流を測定した。各例につき、ランダムに選択した10個の電解コンデンサを、155℃で3000時間の条件下で放置し、放置後に電解コンデンサの陽極体と陰極体との間に35Vの電圧を印加し、120秒後の漏れ電流(LC)を測定した。そして、各例につき10個のLC平均値を求めた。結果を表1に示す。実施例1~6はそれぞれA1~A6であり、比較例1~3はそれぞれB1~B3である。
Claims (14)
- コンデンサ素子と、電解液と、を備える電解コンデンサであって、
前記コンデンサ素子は、誘電体層を有する陽極体と、陰極体と、前記誘電体層に接触した固体電解質と、を備え、
前記電解液は、溶媒と、溶質と、高分子成分と、を含み、
前記溶媒は、エチレングリコール化合物を含み、
前記高分子成分は、ポリアルキレングリコールを含み、
前記ポリアルキレングリコールは、ポリオキシエチレンとポリオキシプロピレンとの混合物、およびオキシエチレン-オキシプロピレン共重合体の少なくとも1つを含み、
前記ポリアルキレングリコールにおいて、オキシエチレンユニットのオキシプロピレンユニットに対するモル比(=m/n)は、1より大きく、5.0以下である、電解コンデンサ。 - 前記電解液中の前記ポリアルキレングリコールの濃度は、10質量%以上である、請求項1に記載の電解コンデンサ。
- 前記電解液は、鉱物油を含まない、請求項1または2に記載の電解コンデンサ。
- コンデンサ素子と、電解液と、を備える電解コンデンサであって、
前記コンデンサ素子は、誘電体層を有する陽極体と、陰極体と、前記誘電体層に接触した固体電解質と、を備え、
前記電解液は、溶媒と、溶質と、高分子成分と、を含み、
前記溶媒は、エチレングリコール化合物を含み、
前記高分子成分は、ポリアルキレングリコールを含み、
前記ポリアルキレングリコールは、ポリオキシエチレンとポリオキシプロピレンとの混合物、およびオキシエチレン-オキシプロピレン共重合体の少なくとも1つを含み、
前記ポリアルキレングリコールにおいて、オキシエチレンユニットのオキシプロピレンユニットに対するモル比(=m/n)は、1より大きく、
前記電解液中の前記ポリアルキレングリコールの濃度は、10質量%以上である、電解コンデンサ。 - 前記電解液は、鉱物油を含まない、請求項4に記載の電解コンデンサ。
- コンデンサ素子と、電解液と、を備える電解コンデンサであって、
前記コンデンサ素子は、誘電体層を有する陽極体と、陰極体と、前記誘電体層に接触した固体電解質と、を備え、
前記電解液は、溶媒と、溶質と、高分子成分と、を含み、鉱物油を含まず、
前記溶媒は、エチレングリコール化合物を含み、
前記高分子成分は、ポリアルキレングリコールを含み、
前記ポリアルキレングリコールは、ポリオキシエチレンとポリオキシプロピレンとの混合物、およびオキシエチレン-オキシプロピレン共重合体の少なくとも1つを含み、
前記ポリアルキレングリコールにおいて、オキシエチレンユニットのオキシプロピレンユニットに対するモル比(=m/n)は、1より大きい、電解コンデンサ。 - 前記溶媒に占める前記エチレングリコール化合物の割合は、10質量%以上である、請求項1~6のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 前記エチレングリコール化合物は、エチレングリコールおよびオキシエチレンユニットの繰り返し数が2~8のポリエチレングリコールからなる群より選択される少なくとも一種である、請求項1~7のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 前記ポリオキシエチレンの数平均分子量は、200以上5,000以下であり、
前記ポリオキシプロピレンの数平均分子量は、200以上5,000以下である、請求項1~8のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。 - 前記電解液中の前記ポリオキシエチレンの濃度は、50質量%以下であり、
前記電解液中の前記ポリオキシプロピレンの濃度は、50質量%以下である、請求項1~9のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。 - 前記共重合体の数平均分子量は、200以上5,000以下である、請求項1~10のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 前記電解液中の前記共重合体の濃度は、50質量%以下である、請求項1~11のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 前記溶質は、酸成分および塩基成分を含む、請求項1~12のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 前記電解液は、さらに、ホウ酸とヒドロキシ化合物との縮合物、およびリン酸とヒドロキシ化合物との縮合物からなる群より選択される少なくとも一種のエステル化合物を含む、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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