JP7554143B2 - 固体電解コンデンサ用セパレータ及び固体電解コンデンサ並びにそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、固体電解コンデンサ用セパレータ及び固体電解コンデンサに関する。以下、「固体電解コンデンサ用セパレータ」を「セパレータ」と略記する場合がある。また、「固体電解コンデンサ」を「コンデンサ」と略記する場合がある。
固体電解質として、ポリピロールやポリチオフェンなどの導電性高分子を用いる固体電解コンデンサ（固体電解キャパシタ）では、箔状の陽極電極及び陰極電極を、セパレータを介して巻き取り、巻回素子を形成し、この巻回素子中のセパレータに導電性高分子の重合液を含浸させて重合させたり、導電性高分子分散液を含浸させたりすることによって、セパレータを覆う導電性高分子膜が形成される。
従来、コンデンサのセパレータとしては、エスパルトや麻パルプなどの天然セルロース繊維、溶剤紡糸セルロース繊維、再生セルロース繊維等のセルロース繊維の叩解物を主体とする紙製セパレータが使用されている（特許文献１及び２）。これら紙セパレータ中のセルロース繊維は、導電性高分子を重合する際に用いる酸化剤と反応して導電性高分子の重合を阻害することから、重合を阻害しないように、予め炭化処理が施される。炭化処理によって紙製セパレータの強度は著しく低下するため、強度が低下した紙製セパレータに形成した導電性高分子膜は破れやすく、ショートや漏れ電流不良率が高くなる問題があった。近年、電子機器の高機能化、小型・軽量化による利用分野の拡大に伴い、コンデンサの使用環境、条件が厳しくなっており、コンデンサのリフロー耐熱性の要求温度も高くなってきている。
そのため、リフロー耐熱性を有するセパレータとして、フィブリル化耐熱性繊維を含む不織布を用いたセパレータが検討されている（特許文献３～１３）。しかし、原料に用いるフィブリル化耐熱性繊維がセパレータの空隙を埋めることによって、導電性高分子の重合液又は導電性高分子分散液の含浸性が不均一となり、コンデンサのＥＳＲ（等価直列抵抗）が高くなる場合があった。また、リフロー処理後のＥＳＲが悪化する場合があった。
本発明の課題は、耐熱性に優れた固体電解コンデンサ用セパレータと、ＥＳＲが低く、リフロー処理後もＥＳＲが変化し難い固体電解コンデンサを提供することにある。
上記課題は、下記手段によって解決された。
（１）湿式不織布からなる固体電解コンデンサ用セパレータにおいて、湿式不織布が、１０～３０質量％のフィブリル化耐熱性繊維、６０～８５質量％の非フィブリル化合成短繊維、１～１０質量％のフィブリル化天然セルロース繊維を含有し、かつ、平均孔径が２．８～１７．０μｍであり、２．０～２０．０μｍの範囲の孔径頻度が全孔径の８０％以上であり、２０．０μｍ超の孔径頻度が２０％以下であることを特徴とする固体電解コンデンサ用セパレータ。
（２）上記（１）記載の固体電解コンデンサ用セパレータを含有する固体電解コンデンサ。
（２）上記（１）記載の固体電解コンデンサ用セパレータを含有する固体電解コンデンサ。
本発明によれば、耐熱性に優れた固体電解コンデンサ用セパレータと、ＥＳＲが低く、リフロー処理後もＥＳＲが変化し難い固体電解コンデンサを提供することができる。
＜固体電解コンデンサ＞
本発明において、固体電解コンデンサは、電解質として、導電性を有する機能性高分子（導電性高分子）を用いる固体電解コンデンサを指す。導電性を有する機能性高分子としては、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアセン、これらの誘導体などが挙げられる。本発明において、固体電解コンデンサは、これらの機能性高分子と電解液を併用した、ハイブリッド電解コンデンサであっても良い。電解液としては、イオン解離性の塩を溶解させた水溶液、イオン解離性の塩を溶解させた有機溶媒、イオン性液体（固体溶融塩）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。有機溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、アセトニトリル（ＡＮ）、γ－ブチロラクトン（ＢＬ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジメトキシメタン（ＤＭＭ）、スルホラン（ＳＬ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、エチレングリコール、プロピレングリコールなどが挙げられる。
本発明において、固体電解コンデンサは、電解質として、導電性を有する機能性高分子（導電性高分子）を用いる固体電解コンデンサを指す。導電性を有する機能性高分子としては、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアセン、これらの誘導体などが挙げられる。本発明において、固体電解コンデンサは、これらの機能性高分子と電解液を併用した、ハイブリッド電解コンデンサであっても良い。電解液としては、イオン解離性の塩を溶解させた水溶液、イオン解離性の塩を溶解させた有機溶媒、イオン性液体（固体溶融塩）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。有機溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、アセトニトリル（ＡＮ）、γ－ブチロラクトン（ＢＬ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジメトキシメタン（ＤＭＭ）、スルホラン（ＳＬ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、エチレングリコール、プロピレングリコールなどが挙げられる。
＜フィブリル化耐熱性繊維＞
本発明において、フィブリル化耐熱性繊維とは、融点又は熱分解温度が２５０℃以上であり、高圧ホモジナイザー、リファイナー、ビーター、ミル、摩砕装置などを用いて微細化処理され、フィルム状でなく、主に繊維軸と平行な方向に非常に細かく分割された部分を有する繊維状で、少なくとも一部の繊維径が１μｍ以下になっている繊維である。
本発明において、フィブリル化耐熱性繊維とは、融点又は熱分解温度が２５０℃以上であり、高圧ホモジナイザー、リファイナー、ビーター、ミル、摩砕装置などを用いて微細化処理され、フィルム状でなく、主に繊維軸と平行な方向に非常に細かく分割された部分を有する繊維状で、少なくとも一部の繊維径が１μｍ以下になっている繊維である。
融点又は熱分解温度が２５０℃以上の耐熱性繊維としては、例えば、全芳香族ポリアミド、全芳香族ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリ－ｐ－フェニレンベンゾビスチアゾール、ポリ－ｐ－フェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、アクリル類からなる単繊維又は複合繊維が挙げられる。これらの中でも全芳香族ポリアミドが電解液との親和性に優れるため好ましい。
フィブリル化耐熱性繊維の変法濾水度は０～７００ｍｌであることが好ましく、より好ましくは３０～６００ｍｌであり、さらに好ましくは１００～５００ｍｌであり、特に好ましくは２００～４５０ｍｌである。フィブリル化耐熱性繊維の変法濾水度が７００ｍｌ超である場合、フィブリル化があまり進んでいないため、太い幹繊維が多く存在して、繊維径分布が広くなり、地合斑や厚み斑が生じる場合がある。また、フィブリル化耐熱性繊維の変法濾水度が０ｍｌ未満である場合、ＥＳＲが高くなる場合がある。フィブリル化耐熱性繊維のフィブリル化が進むと、変法濾水度は下がり続ける。そして、変法濾水度が０ｍｌに達した後も、さらにフィブリル化すると、繊維がメッシュを通りすぎるようになり、変法濾水度が逆に上昇し始める。本発明では、このように、変法濾水度が逆上昇し始めた状態を「変法濾水度が０ｍｌ未満」と称している。
なお、「変法濾水度」とは、「ふるい板として線径０．１４ｍｍ、目開き０．１８ｍｍの８０メッシュ金網を用い、試料濃度を０．１質量％にした以外はＪＩＳ Ｐ８１２１－２：２０１２に準拠して測定した値」である。
フィブリル化耐熱性繊維において、質量加重平均繊維長は、０．１０ｍｍ以上２．００ｍｍ以下であることが好ましく、０．２０ｍｍ以上１．５０ｍｍ以下であることがより好ましい。また、長さ加重平均繊維長は、０．１０ｍｍ以上２．００ｍｍ以下であることが好ましく、０．３０～１．００ｍｍであることがより好ましく、０．４０～０．７５ｍｍであることがさらに好ましく、０．５０～０．７０ｍｍであることが特に好ましい。平均繊維長が好ましい範囲よりも短い場合、セパレータから脱落する場合やセパレータが毛羽立つ場合があり、平均繊維長が好ましい範囲よりも長い場合、ダマになる場合がある。
本発明において、質量加重平均繊維長と長さ加重平均繊維長は、ＫａｊａａｎｉＦｉｂｅｒＬａｂＶ３．５（Ｍｅｔｓｏ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ社製）を使用して、投影繊維長（Ｐｒｏｊ）モードにおいて測定した質量加重平均繊維長（Ｌ（ｗ））と長さ加重平均繊維長（Ｌ（ｌ））である。
フィブリル化耐熱性繊維の平均繊維幅は、０．５μｍ以上４０．０μｍ以下が好ましく、３．０μｍ以上３５．０μｍ以下がより好ましく、５．０μｍ以上３０．０μｍ以下がさらに好ましい。平均繊維幅が４０．０μｍを超えた場合、セパレータの厚みを薄くし難くなる場合があり、平均繊維幅が０．５μｍ未満の場合、地合斑や厚み斑が生じる場合がある。
本発明において、フィブリル化耐熱性繊維の平均繊維幅は、ＫａｊａａｎｉＦｉｂｅｒＬａｂＶ３．５（Ｍｅｔｓｏ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ社製）を使用して測定した繊維幅（Ｆｉｂｅｒ Ｗｉｄｔｈ）である。
フィブリル化耐熱性繊維の含有率は、セパレータに含まれる繊維全体に対して、１０～３０質量％であり、１２～２８質量％がより好ましく、１５～２５質量％がさらに好ましい。該含有率が１０質量％未満である場合、耐熱性が低くなる。該含有率が３０質量％を超えると、セパレータが緻密になり過ぎ、ＥＳＲが高くなる。
＜非フィブリル化合成短繊維＞
非フィブリル化合成短繊維は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、エチレン－酢酸ビニル共重合体、ポリアミド、アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、ジエン、ポリウレタン、フェノール、メラミン、フラン、尿素、アニリン、不飽和ポリエステル、フッ素、シリコーン、これらの誘導体などの樹脂からなる短繊維、上記した耐熱性繊維が挙げられる。非フィブリル化合成短繊維は、セパレータの引張強度や突刺強度を強くする。
非フィブリル化合成短繊維は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、エチレン－酢酸ビニル共重合体、ポリアミド、アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、ジエン、ポリウレタン、フェノール、メラミン、フラン、尿素、アニリン、不飽和ポリエステル、フッ素、シリコーン、これらの誘導体などの樹脂からなる短繊維、上記した耐熱性繊維が挙げられる。非フィブリル化合成短繊維は、セパレータの引張強度や突刺強度を強くする。
非フィブリル化合成短繊維は、単一の樹脂からなる繊維（単繊維）であっても良いし、２種以上の樹脂からなる複合繊維であっても良い。また、本発明のセパレータに含まれる非フィブリル化合成短繊維は、１種でも良いし、２種類以上を組み合わせて使用しても良い。複合繊維は、芯鞘型、偏芯型、サイドバイサイド型、海島型、オレンジ型、多重バイメタル型が挙げられる。
非フィブリル化合成短繊維の繊度は、０．００７～２．５ｄｔｅｘが好ましく、０．０２～２．０ｄｔｅｘがより好ましく、０．１～１．１ｄｔｅｘがさらに好ましく、０．１～０．６ｄｔｅｘが特に好ましい。繊度が２．５ｄｔｅｘを超えた場合、厚さ方向における繊維本数が少なくなるため、厚みを薄くしにくくなる。繊度が０．００７ｄｔｅｘ未満の場合、繊維の安定製造が困難になる。
非フィブリル化合成短繊維の繊維長としては、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以上６ｍｍ以下がより好ましい。繊維長が１０ｍｍを超えた場合、地合不良となることがある。一方、繊維長が１ｍｍ未満の場合には、セパレータの機械的強度が弱くなる場合がある。
非フィブリル化合成短繊維の含有率は、セパレータに含まれる繊維全体に対して、６０～８５質量％であり、６２～８０質量％がより好ましく、６５～７５質量％がさらに好ましい。該含有率が６０質量％未満である場合、セパレータの機械的強度が弱くなる。該含有率が８５質量％を超えた場合、耐熱性が低くなる。
＜フィブリル化天然セルロース繊維＞
フィブリル化天然セルロース繊維は、溶剤紡糸セルロース繊維等のフィブリル化再生セルロース繊維に比べ、繊維１本の太さの均一性が劣る傾向にあるが、繊維間の物理的な絡みと水素結合力が強いという特徴を有する。フィブリル化天然セルロース繊維の変法濾水度は０～４００ｍｌであることが好ましく、５０～３５０ｍｌがより好ましく、７０～３００ｍｌがさらに好ましく、９０～２５０ｍｌが特に好ましい。該変法濾水度が４００ｍｌを超えると、繊維径分布が広くなり、地合斑や厚み斑になる場合がある。フィブリル化天然セルロース繊維のフィブリル化が進むと、変法濾水度は下がり続ける。そして、変法濾水度が０ｍｌに達した後もフィブリル化した状態を「変法濾水度が０ｍｌ未満」と称している。該変法濾水度が０ｍｌ未満の場合、セパレータから脱落する場合やセパレータが毛羽立つ場合がある。
フィブリル化天然セルロース繊維は、溶剤紡糸セルロース繊維等のフィブリル化再生セルロース繊維に比べ、繊維１本の太さの均一性が劣る傾向にあるが、繊維間の物理的な絡みと水素結合力が強いという特徴を有する。フィブリル化天然セルロース繊維の変法濾水度は０～４００ｍｌであることが好ましく、５０～３５０ｍｌがより好ましく、７０～３００ｍｌがさらに好ましく、９０～２５０ｍｌが特に好ましい。該変法濾水度が４００ｍｌを超えると、繊維径分布が広くなり、地合斑や厚み斑になる場合がある。フィブリル化天然セルロース繊維のフィブリル化が進むと、変法濾水度は下がり続ける。そして、変法濾水度が０ｍｌに達した後もフィブリル化した状態を「変法濾水度が０ｍｌ未満」と称している。該変法濾水度が０ｍｌ未満の場合、セパレータから脱落する場合やセパレータが毛羽立つ場合がある。
フィブリル化天然セルロース繊維の長さ加重平均繊維長は、０．１０～２．００ｍｍであることが好ましく、０．１０～１．００ｍｍであることがより好ましく、０．１０～０．５０ｍｍであることがさらに好ましく、０．１０～０．４０ｍｍであることが特に好ましい。該長さ加重平均繊維長が０．１０ｍｍ未満である場合、セパレータから脱落する場合やセパレータが毛羽立つ場合があり、２．００ｍｍより長い場合、ダマになる場合がある。
フィブリル化天然セルロース繊維の原料としては、針葉樹パルプや広葉樹パルプ等の木材パルプ；コットンリンターパルプ、コットンパルプ、麻、バガス、ケナフ、竹、藁等を由来とする非木材パルプ；等を使用することができる。中でも、フィブリル化後の繊維強度や品質の安定性やセルロース純度の観点から、コットン由来の原料が好ましい。
フィブリル化天然セルロース繊維は、リファイナー、ビーター、ミル、摩砕装置、高速の回転刃により剪断力を与える回転刃式ホモジナイザー、高速で回転する円筒形の内刃と固定された外刃との間で剪断力を生じる二重円筒式の高速ホモジナイザー、超音波による衝撃で微細化する超音波破砕器、繊維懸濁液に少なくとも２０ＭＰａの圧力差を与えて小径のオリフィスを通過させて高速度とし、これを衝突させて急減速することにより繊維に剪断力、切断力を加える高圧ホモジナイザー等で処理されたもので、この中でも、特に高圧ホモジナイザーで処理されたものが好ましい。
フィブリル化天然セルロース繊維の含有率は、セパレータに含まれる繊維全体に対して、１～１０質量％であり、１～９質量％がより好ましく、１～８質量％がさらに好ましい。該含有率が１質量％未満である場合、セパレータの機械的強度が弱くなり、また、コンデンサのショート不良が起きやすくなる。該含有率が１０質量％を超えると、セパレータが緻密になり過ぎ、ＥＳＲが高くなる。
＜固体電解コンデンサ用セパレータ＞
本発明のセパレータは、湿式不織布からなるセパレータであり、湿式不織布が、１０～３０質量％のフィブリル化耐熱性繊維、６０～８５質量％の非フィブリル化合成短繊維、１～１０質量％のフィブリル化天然セルロース繊維を含有し、かつ、平均孔径が２．８～１７．０μｍであり、２．０～２０．０μｍの範囲の孔径頻度が全孔径の８０％以上であり、２０．０μｍ超の孔径頻度が２０％以下であることを特徴とする。本発明によれば、セパレータの空隙を過度に塞ぐことなく、均一な細孔分布とすることができることから、導電性高分子の重合液の含浸性が均一となり、コンデンサのＥＳＲを低くすることができる。また、リフロー処理後もＥＳＲが変化し難いという効果を達成できる。さらに、セパレータが微細で耐熱性の高いフィブリル化耐熱性繊維を含むことにより、セパレータの熱寸法安定性が向上し、耐熱性に優れたセパレータを得ることができる。
本発明のセパレータは、湿式不織布からなるセパレータであり、湿式不織布が、１０～３０質量％のフィブリル化耐熱性繊維、６０～８５質量％の非フィブリル化合成短繊維、１～１０質量％のフィブリル化天然セルロース繊維を含有し、かつ、平均孔径が２．８～１７．０μｍであり、２．０～２０．０μｍの範囲の孔径頻度が全孔径の８０％以上であり、２０．０μｍ超の孔径頻度が２０％以下であることを特徴とする。本発明によれば、セパレータの空隙を過度に塞ぐことなく、均一な細孔分布とすることができることから、導電性高分子の重合液の含浸性が均一となり、コンデンサのＥＳＲを低くすることができる。また、リフロー処理後もＥＳＲが変化し難いという効果を達成できる。さらに、セパレータが微細で耐熱性の高いフィブリル化耐熱性繊維を含むことにより、セパレータの熱寸法安定性が向上し、耐熱性に優れたセパレータを得ることができる。
セパレータの平均孔径は、２．８～１７．０μｍであり、３．０～１５．０μｍがより好ましく、３．２～１３．０μｍがさらに好ましい。平均孔径が２．８μｍ未満である場合、セパレータが緻密になり過ぎ、ＥＳＲが高くなる。平均孔径が１７．０μｍを超える場合、セパレータの緻密性が不足し、コンデンサのショート不良が起きやすくなる。
本発明のセパレータは、２．０～２０．０μｍの範囲の孔径頻度が全孔径の８０％以上であり、２０．０μｍ超の孔径頻度が２０％以下である。セパレータの孔径頻度がこの範囲であることによって、孔の分布がなだらかに広く分布することがないため、セパレータの均一性が高くなり、導電性高分子の重合液の含浸性が均一となり、ＥＳＲを低くすることができる。セパレータの孔径頻度がこの範囲を外れると、セパレータの均一性が下がり、ＥＳＲが高くなり、また、リフロー処理後にＥＳＲが変化する。
セパレータの孔径頻度は、２．０～２０．０μｍの範囲の孔径頻度が全孔径の８５％以上であり、２０．０μｍ超の孔径頻度が１５％以下であることがより好ましく、２．０～２０．０μｍの範囲の孔径頻度が全孔径の９０％以上であり、２０．０μｍ超の孔径頻度が１０％以下であることがさらに好ましい。
本発明において、平均孔径が２．８～１７．０μｍであり、２．０～２０．０μｍの範囲の孔径頻度が全孔径の８０％以上であり、２０．０μｍ超の孔径頻度が２０％以下であるセパレータとする方法としては、繊維の繊維径、繊維の含有率、セパレータの坪量、セパレータの厚み等の調整、湿式抄紙法における抄紙網の選定、抄紙スラリー濃度、抄紙スラリーの温度の調整、抄紙スラリーへの増粘剤添加量、分散剤添加量の調整、脱水強度の調整などが挙げられる。抄紙スラリーの分散が均一となり、セパレータの細孔分布を均一とすることができることから、抄紙スラリーへ増粘剤や分散剤を添加することが好ましい。
増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、デンプン、ポリ酢酸ビニル、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド等が挙げられる。これらの中でもポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシドが好ましい。
本発明において、平均孔径・孔径頻度は、ＰＭＩ社製、商品名：パームポロメーターＣＦＰ－１５００Ａを用いて、ハーフドライ試験法（ＡＳＴＭ Ｅ１２９４－８９）に準じて測定した孔径分布から求めた、セパレータの平均孔径、孔径頻度である。区間幅０．１μｍとした孔径分布から全区間のうち、区間２．０～２０．０μｍの比率（％）及び２０．０μｍ超の比率（％）を求め、孔径頻度とした。
本発明において、セパレータの坪量は、８～２２ｇ／ｍ２が好ましく、９～２０ｇ／ｍ２がより好ましく、１０～１８ｇ／ｍ２がさらに好ましい。坪量が２２ｇ／ｍ２を超える場合、ＥＳＲが高くなり過ぎる場合がある。坪量が８ｇ／ｍ２未満である場合、十分な強度を得ることが難しい場合や耐熱性が劣る場合がある。なお、坪量は、ＪＩＳ Ｐ８１２４：２０１１（紙及び板紙－坪量測定法）に規定された方法に基づき測定される。
本発明において、セパレータの厚みは、１５～７０μｍが好ましく、２０～６７μｍがより好ましく、２５～６５μｍがさらに好ましい。厚みが７０μｍを超える場合、ＥＳＲが高くなり過ぎる場合がある。厚みが１５μｍ未満である場合、十分な強度を得ることが難しい場合や耐熱性が劣る場合がある。なお、厚みは、ＪＩＳ Ｃ２３００－２：２０１０に規定された方法に基づき、５Ｎ荷重時の外側マイクロメーターにより測定されたセパレータ１枚の値である。
本発明において、セパレータは、湿式抄紙法で製造された湿式不織布である。湿式抄紙法は、繊維を水に分散して均一な抄紙スラリーとし、この抄紙スラリーを抄紙機で漉きあげて湿潤ウェブを得、湿潤ウェブを乾燥させて湿式不織布を作製する。抄紙機としては、円網、長網、傾斜型、傾斜短網等の抄紙網を単独で使用する抄紙機や、これらの抄紙網を複数組み合わせた複合抄紙機が挙げられる。湿式不織布を製造する工程においては、必要に応じて、水流交絡処理を施しても良い。抄紙スラリーには、繊維原料の他に、必要に応じて、分散剤、増粘剤、消泡剤などを適宜添加することができる。湿式不織布に対して、熱処理、カレンダー処理、熱カレンダー処理などの加工処理を施しても良い。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
Ａ１：変法濾水度２５０ｍｌのフィブリル化全芳香族ポリアミド
Ａ２：変法濾水度３５０ｍｌのフィブリル化ポリイミド
Ｂ１：繊度０．１ｄｔｅｘ、繊維長３ｍｍのポリエステル短繊維
Ｂ２：繊度０．３ｄｔｅｘ、繊維長３ｍｍのポリエステル短繊維
Ｂ３：繊度１．１ｄｔｅｘ、繊維長５ｍｍの熱融着性芯鞘ポリエステル短繊維
Ｂ４：繊度０．１ｄｔｅｘ、繊維長３ｍｍのアクリル短繊維
Ｃ１：変法濾水度２７０ｍｌ、長さ加重平均繊維長０．２２ｍｍのフィブリル化天然セルロース繊維
Ｃ２：変法濾水度５００ｍｌの麻パルプ
Ａ２：変法濾水度３５０ｍｌのフィブリル化ポリイミド
Ｂ１：繊度０．１ｄｔｅｘ、繊維長３ｍｍのポリエステル短繊維
Ｂ２：繊度０．３ｄｔｅｘ、繊維長３ｍｍのポリエステル短繊維
Ｂ３：繊度１．１ｄｔｅｘ、繊維長５ｍｍの熱融着性芯鞘ポリエステル短繊維
Ｂ４：繊度０．１ｄｔｅｘ、繊維長３ｍｍのアクリル短繊維
Ｃ１：変法濾水度２７０ｍｌ、長さ加重平均繊維長０．２２ｍｍのフィブリル化天然セルロース繊維
Ｃ２：変法濾水度５００ｍｌの麻パルプ
＜セパレータ＞
（実施例１）
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーに、分子量１４００万のアニオン性ポリアクリルアミド系増粘剤を全繊維に対して０．６質量％になるように添加し、５分間均一になるまで撹拌した後、円網・円網コンビネーション抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す実施例１のセパレータを作製した。
（実施例１）
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーに、分子量１４００万のアニオン性ポリアクリルアミド系増粘剤を全繊維に対して０．６質量％になるように添加し、５分間均一になるまで撹拌した後、円網・円網コンビネーション抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す実施例１のセパレータを作製した。
（実施例２、３）
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーに、分子量１４００万のアニオン性ポリアクリルアミド系増粘剤を全繊維に対して０．６質量％になるように添加し、５分間均一になるまで撹拌した後、円網・傾斜コンビネーション抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す実施例２、３のセパレータを作製した。
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーに、分子量１４００万のアニオン性ポリアクリルアミド系増粘剤を全繊維に対して０．６質量％になるように添加し、５分間均一になるまで撹拌した後、円網・傾斜コンビネーション抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す実施例２、３のセパレータを作製した。
（実施例４）
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーに、分子量１４００万のアニオン性ポリアクリルアミド系増粘剤を全繊維に対して０．６質量％になるように添加し、５分間均一になるまで撹拌した後、円網・円網コンビネーション抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す実施例４のセパレータを作製した。
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーに、分子量１４００万のアニオン性ポリアクリルアミド系増粘剤を全繊維に対して０．６質量％になるように添加し、５分間均一になるまで撹拌した後、円網・円網コンビネーション抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す実施例４のセパレータを作製した。
（実施例５）
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーに、分子量１４００万のアニオン性ポリアクリルアミド系増粘剤を全繊維に対して０．６質量％になるように添加し、５分間均一になるまで撹拌した後、円網抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す実施例５のセパレータを作製した。
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーに、分子量１４００万のアニオン性ポリアクリルアミド系増粘剤を全繊維に対して０．６質量％になるように添加し、５分間均一になるまで撹拌した後、円網抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す実施例５のセパレータを作製した。
（実施例６）
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーに、分子量１４００万のアニオン性ポリアクリルアミド系増粘剤を全繊維に対して０．６質量％になるように添加し、５分間均一になるまで撹拌した後、傾斜抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す実施例６のセパレータを作製した。
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーに、分子量１４００万のアニオン性ポリアクリルアミド系増粘剤を全繊維に対して０．６質量％になるように添加し、５分間均一になるまで撹拌した後、傾斜抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す実施例６のセパレータを作製した。
（比較例１）
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーから、円網・円網コンビネーション抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す比較例１のセパレータを作製した。
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーから、円網・円網コンビネーション抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す比較例１のセパレータを作製した。
（比較例２）
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーから、円網・傾斜コンビネーション抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す比較例２のセパレータを作製した。
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーから、円網・傾斜コンビネーション抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す比較例２のセパレータを作製した。
（比較例３～６）
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーから、円網抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す比較例３～６のセパレータを作製した。
表１に示した原料と配合量に従って調成した抄紙用スラリーから、円網抄紙機を用いて湿潤ウェブを得て、表面温度１４０℃のシリンダードライヤーによって乾燥して、湿式不織布を得た。その後、２００℃に加熱した金属ロールに、湿式不織布の両面を接触させて熱処理し、さらにカレンダー処理して厚み調整し、表２に示す比較例３～６のセパレータを作製した。
＜実施例１～６及び比較例１～５の評価用固体電解コンデンサの作製＞
厚み５０μｍ、エッチング孔１～５μｍのアルミニウム箔の表面を酸化処理して、酸化アルミニウム誘電体を形成させ、これを陽極として用いた。酸化処理する前のアルミニウム箔を陰極として用いた。実施例１～６及び比較例１～５の固体電解コンデンサ用セパレータを陽極の誘電体上に配置し、陰極と合わせて巻き取り、固体電解コンデンサ素子を作製した。この素子を３，４－エチレンジオキシチオフェン：ｐ－トルエンスルホン酸第二鉄の５０質量％ブタノール溶液を質量比で１：２０になるように混合した溶液（導電性高分子モノマー液）に浸漬し、引き上げて２００℃で３０分加熱してポリエチレンジオキシチオフェンを重合した。この素子をメタノールで洗浄してセパレータに残留している未反応の３，４－エチレンジオキシチオフェンとｐ－トルエンスルホン酸第二鉄を除去した後、１２０℃で乾燥させた。同様に、ポリエチレンジオキシチオフェンの重合作業をもう１回繰り返した後、素子をアルミニウム製外装缶に収納して封口し、定格電圧２５Ｖ、定格静電容量３３μＦの固体電解コンデンサを作製した。
厚み５０μｍ、エッチング孔１～５μｍのアルミニウム箔の表面を酸化処理して、酸化アルミニウム誘電体を形成させ、これを陽極として用いた。酸化処理する前のアルミニウム箔を陰極として用いた。実施例１～６及び比較例１～５の固体電解コンデンサ用セパレータを陽極の誘電体上に配置し、陰極と合わせて巻き取り、固体電解コンデンサ素子を作製した。この素子を３，４－エチレンジオキシチオフェン：ｐ－トルエンスルホン酸第二鉄の５０質量％ブタノール溶液を質量比で１：２０になるように混合した溶液（導電性高分子モノマー液）に浸漬し、引き上げて２００℃で３０分加熱してポリエチレンジオキシチオフェンを重合した。この素子をメタノールで洗浄してセパレータに残留している未反応の３，４－エチレンジオキシチオフェンとｐ－トルエンスルホン酸第二鉄を除去した後、１２０℃で乾燥させた。同様に、ポリエチレンジオキシチオフェンの重合作業をもう１回繰り返した後、素子をアルミニウム製外装缶に収納して封口し、定格電圧２５Ｖ、定格静電容量３３μＦの固体電解コンデンサを作製した。
＜比較例６の評価用固体電解コンデンサの作製＞
厚み５０μｍ、エッチング孔１～５μｍのアルミニウム箔の表面を酸化処理して、酸化アルミニウム誘電体を形成させ、これを陽極として用いた。酸化処理する前のアルミニウム箔を陰極として用いた。比較例６の固体電解コンデンサ用セパレータを陽極の誘電体上に配置し、陰極と合わせて巻き取り、固体電解コンデンサ素子を作製した。この素子を２３０℃で２時間加熱してセパレータを炭化処理した後、３，４－エチレンジオキシチオフェン：ｐ－トルエンスルホン酸第二鉄の５０質量％ブタノール溶液を質量比で１：２０になるように混合した溶液（導電性高分子モノマー液）に浸漬し、引き上げて２００℃で３０分加熱してポリエチレンジオキシチオフェンを重合した。この素子をメタノールで洗浄してセパレータに残留している未反応の３，４－エチレンジオキシチオフェンとｐ－トルエンスルホン酸第二鉄を除去した後、１２０℃で乾燥させた。同様に、ポリエチレンジオキシチオフェンの重合作業をもう１回繰り返した後、素子をアルミニウム製外装缶に収納して封口し、定格電圧２５Ｖ、定格静電容量３３μＦの固体電解コンデンサを作製した。
厚み５０μｍ、エッチング孔１～５μｍのアルミニウム箔の表面を酸化処理して、酸化アルミニウム誘電体を形成させ、これを陽極として用いた。酸化処理する前のアルミニウム箔を陰極として用いた。比較例６の固体電解コンデンサ用セパレータを陽極の誘電体上に配置し、陰極と合わせて巻き取り、固体電解コンデンサ素子を作製した。この素子を２３０℃で２時間加熱してセパレータを炭化処理した後、３，４－エチレンジオキシチオフェン：ｐ－トルエンスルホン酸第二鉄の５０質量％ブタノール溶液を質量比で１：２０になるように混合した溶液（導電性高分子モノマー液）に浸漬し、引き上げて２００℃で３０分加熱してポリエチレンジオキシチオフェンを重合した。この素子をメタノールで洗浄してセパレータに残留している未反応の３，４－エチレンジオキシチオフェンとｐ－トルエンスルホン酸第二鉄を除去した後、１２０℃で乾燥させた。同様に、ポリエチレンジオキシチオフェンの重合作業をもう１回繰り返した後、素子をアルミニウム製外装缶に収納して封口し、定格電圧２５Ｖ、定格静電容量３３μＦの固体電解コンデンサを作製した。
［耐熱性］
セパレータを１００ｍｍ巾×１００ｍｍ長さに切り、耐熱ガラス板に挟んで、１８０℃の恒温乾燥機に１時間静置し、長さ方向及び巾方向の収縮率を算出した。長さ方向及び巾方向の収縮率の平均値が２．７％未満であれば「○」、２．７％以上３．０％未満であれば「△」、３．０％以上であれば「×」で表し、表３に示した。
セパレータを１００ｍｍ巾×１００ｍｍ長さに切り、耐熱ガラス板に挟んで、１８０℃の恒温乾燥機に１時間静置し、長さ方向及び巾方向の収縮率を算出した。長さ方向及び巾方向の収縮率の平均値が２．７％未満であれば「○」、２．７％以上３．０％未満であれば「△」、３．０％以上であれば「×」で表し、表３に示した。
［ＥＳＲ］
実施例及び比較例の固体電解コンデンサのＥＳＲを、２０℃、１００ｋＨｚの条件で測定し、２０個の平均値が３０ｍΩ未満であれば「○」、３０ｍΩ以上３５ｍΩ未満であれば「△」、３５ｍΩ以上であれば「×」で表し、表３に示した。
実施例及び比較例の固体電解コンデンサのＥＳＲを、２０℃、１００ｋＨｚの条件で測定し、２０個の平均値が３０ｍΩ未満であれば「○」、３０ｍΩ以上３５ｍΩ未満であれば「△」、３５ｍΩ以上であれば「×」で表し、表３に示した。
［リフロー後ＥＳＲ変化］
実施例及び比較例の固体電解コンデンサを２６０℃の半田浴に１０秒間浸漬して取り出し、２０℃まで冷却する。これを１サイクルとして、２サイクル繰り返した後の固体電解コンデンサのＥＳＲを、２０℃、１００ｋＨｚの条件で測定し、２０個の平均値をリフロー後ＥＳＲとした。リフロー後ＥＳＲがリフロー前ＥＳＲに比べ、１．０５倍未満であれば「○」、１．０５倍以上１．１０倍未満であれば「△」、１．１０倍以上であれば「×」で表し、表３に示した。
実施例及び比較例の固体電解コンデンサを２６０℃の半田浴に１０秒間浸漬して取り出し、２０℃まで冷却する。これを１サイクルとして、２サイクル繰り返した後の固体電解コンデンサのＥＳＲを、２０℃、１００ｋＨｚの条件で測定し、２０個の平均値をリフロー後ＥＳＲとした。リフロー後ＥＳＲがリフロー前ＥＳＲに比べ、１．０５倍未満であれば「○」、１．０５倍以上１．１０倍未満であれば「△」、１．１０倍以上であれば「×」で表し、表３に示した。
実施例１～６の固体電解コンデンサ用セパレータは、１０～３０質量％のフィブリル化耐熱性繊維、６０～８５質量％の非フィブリル化合成短繊維、１～１０質量％のフィブリル化天然セルロース繊維を含有し、かつ、平均孔径が２．８～１７．０μｍであり、２．０～２０．０μｍの範囲の孔径頻度が全孔径の８０％以上であり、２０．０μｍ超の孔径頻度が２０％以下である湿式不織布であるため、セパレータの耐熱性、コンデンサのＥＳＲに優れていた。また、リフロー後ＥＳＲ変化の悪化も少なかった。
一方、比較例１の固体電解コンデンサ用セパレータは、フィブリル化耐熱性繊維の含有量が少ないため、耐熱性が劣っていた。また、平均孔径が大きく、２．０～２０．０μｍの範囲の孔径頻度が低く、２０．０μｍ超の孔径頻度が高いことから、リフロー後ＥＳＲ変化が大きかった。
比較例２の固体電解コンデンサ用セパレータは、フィブリル化耐熱性繊維の含有量が多く、平均孔径が小さいため、コンデンサのＥＳＲが劣っていた。
比較例３の固体電解コンデンサ用セパレータは、フィブリル化天然セルロース繊維の含有量が多いため、コンデンサのＥＳＲが劣っていた。
比較例４の固体電解コンデンサ用セパレータは、フィブリル化天然セルロース繊維を含有量が少なく、２．０～２０．０μｍの範囲の孔径頻度が低く、２０．０μｍ超の孔径頻度が高いことから、リフロー後ＥＳＲ変化が大きかった。
比較例５の固体電解コンデンサ用セパレータは、２．０～２０．０μｍの範囲の孔径頻度が低く、２０．０μｍ超の孔径頻度が高いことから、リフロー後ＥＳＲ変化が大きかった。
比較例６の固体電解コンデンサ用セパレータは、フィブリル化耐熱性繊維を含有しないため、耐熱性が劣っていた。また、２．０～２０．０μｍの範囲の孔径頻度が低く、２０．０μｍ超の孔径頻度が高いことから、リフロー後ＥＳＲ変化が大きかった。
実施例１～５の比較から、実施例１の固体電解コンデンサ用セパレータと比較して、フィブリル化耐熱性繊維の含有量が多いことから、実施例２～５の固体電解コンデンサ用セパレータの耐熱性は優れていた。また、実施例１～６の比較から、実施例１の固体電解コンデンサ用セパレータと比較して、平均孔径が小さく、２．０～２０．０μｍの範囲の孔径頻度が高く、２０．０μｍ超の孔径頻度が低いことから、実施例２～６の固体電解コンデンサ用セパレータでは、リフロー後ＥＳＲ変化が小さく、優れていた。
実施例１～４及び６の比較から、実施例２の固体電解コンデンサ用セパレータと比較して、坪量が小さく、厚みが薄く、平均孔径が大きいことから、実施例１、３、４及び６の固体電解コンデンサ用セパレータでは、コンデンサのＥＳＲが優れていた。
実施例１、３～６の比較から、実施例５の固体電解コンデンサ用セパレータと比較して、フィブリル化耐熱性繊維の含有量が少ないことから、実施例１、３、４及び６の固体電解コンデンサ用セパレータでは、コンデンサのＥＳＲが優れていた。
実施例２～６の比較から、実施例６の固体電解コンデンサ用セパレータと比較して、坪量が大きく、厚いことから、実施例２～５の固体電解コンデンサ用セパレータでは、コンデンサの耐熱性が優れていた。
本発明は、固体電解コンデンサ用セパレータ又はハイブリッド電解コンデンサ用セパレータとして好適に利用できる。
Claims (4)
- 湿式不織布からなる固体電解コンデンサ用セパレータにおいて、湿式不織布が、１０～３０質量％のフィブリル化耐熱性繊維、６０～８５質量％の非フィブリル化合成短繊維、１～１０質量％のフィブリル化天然セルロース繊維及び増粘剤を含有し、かつ、平均孔径が２．８～１７．０μｍであり、２．０～２０．０μｍの範囲の孔径頻度が全孔径の８０％以上であり、２０．０μｍ超の孔径頻度が２０％以下であることを特徴とする固体電解コンデンサ用セパレータ。
- 請求項１記載の固体電解コンデンサ用セパレータを含有する固体電解コンデンサ。
- 湿式不織布からなる固体電解コンデンサ用セパレータの製造方法において、１０～３０質量％のフィブリル化耐熱性繊維、６０～８５質量％の非フィブリル化合成短繊維、及び、１～１０質量％のフィブリル化天然セルロース繊維を水に分散した抄紙スラリーに増粘剤を添加し、該抄紙スラリーを抄紙機で漉きあげて湿潤ウェブを得て、該湿潤ウェブを乾燥させて湿式不織布を作製することを特徴とする固体電解コンデンサ用セパレータの製造方法。
- 請求項３記載の固体電解コンデンサ用セパレータの製造方法で製造された固体電解コンデンサ用セパレータを含有する固体電解コンデンサの製造方法。
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