JPH01216517A - 電解コンデンサ用電解液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電解コンデンサ用電解液の改良に関し、さら
に詳しくは、特に縮合水が生成する可能性のある溶質−
溶媒系の電解コンデンサ用電解液の改良に関する。

〔従来の技術〕

電解コンデンサは小形、大容量、安価で整流出力の平滑
化等に優れた特性を示し各種電気・電子機器の重要な構
成要素の１つであり、一般に表面を電解酸化によって酸
化被膜に変えたアルミニウムフ、イルムを陽極とし、こ
の酸化被膜を誘電体とし集電陰極との間に電解液を介在
させて作成される。使用中は常に酸化被膜を再生してい
るため安定であるが、例えば長期間使用しないと再生が
不充分となり劣化する。電解コンデンサは化学反応を行
わせながら使用するため、その特性は電解液の性質に大
きく依存する６表面を酸化被膜としたアルミニウム電極
と電解液との間で起こる化学反応の定常状態を維持し、
誘電体とするアルミニウム酸化被膜を良好に保持するこ
とが性能の安定化に重要であり、使用法を誤って例えば
過剰の高電圧負荷等により化学的定常状態が乱れると、
アルミニウム酸化被膜が破壊されやがては絶縁が破れる
に至るが、そこまで至らずとも使用中に所定の化学反応
以外の不都合な化学反応が進行し、特にガスを逃がす弁
を設けないコンデンサにおいてガス発生を伴う場合はコ
ンデンサの外観不良が著しく、内圧上昇が極度になると
爆発の危険もある。

コンデンサの静電容量は、誘電体の誘電率に比例するた
め高い誘電率の誘電体を用い使用中は誘電体の物理化学
的変化を避は誘電率を高く維持すべきである。充電電流
の位相と外部電界の位相との差である損失角の正接すな
わち誘電正接はコンデンサの消費電力の目安として用い
られ、その値が小さければ消費電力が少いことを示す、
充電開始後一定値に達した時に流れる電流である漏れ電
流は誘電体の荷電担体の定常的な移動によるもので、誘
電体中の不純物の解離等によって生じたイオンが荷電担
体の主体をなすと考えられており、漏れ電流の変化の大
小は誘電体の電気化学的状態の安定性を反映する。コン
デンサの負荷電圧が上昇し高電圧負荷による誘電体の物
性変化が進行し時間的な誘電率の変化が生じる結果電気
化学的状態が動揺する現象をシンチレーションというが
、このような現象が認められる電圧をシンチレーション
電圧としてコンデンサの耐電圧性の尺度とすることがで
き、シンチレーション電圧が高い程コンデンサの耐電圧
性が大きいことを示す、電解コンデンサの外観不良乃至
安全弁の開弁は所定の化学反応以外の不都合な化学反応
の進行によるガス発生が主たる原因であり、化学反応は
温度に依存し特に高温では急速に進行し爆発の危険を伴
うこともあるためコンデンサの総合性能を評価する重要
な指標の１つである。

従来の一般的な電解コンデンサ用電解液においては、高
耐電圧性を得るなめに電解液にホウ酸等の酸またはこれ
らの塩が主溶質として添加されたが、電解液の耐電圧性
は主溶質の特性に大きく依存するため主溶質の特徴を生
かして、さらに高い耐電圧性を実現することは非常に困
難であった。この種の中高圧用電解液には、例えば、ホ
ウ酸系、１．６−デカンジカルボン酸系（特公昭６〇− １３２９３号）、セバシン酸系（特公昭４７−３０４６
１号）、アゼライン酸系（特公昭５５−１６９９号）等
を用いる電解液がある。

これら以外にも電解コンデンサ用電解液を改良するため
に種々の試みがなされている０例えば、スルファミン酸
添加（特公昭４９−８２９６３号）、スペリン酸添加（
特開昭４９−１３３８６０号）、リン酸ドデシルの使用
（特開昭４９−７３６５９号）、シアリン酸添加（特開
昭５７−１４１９１３号）、ホウ酸−マンニット系の使
用（特開昭５７−６０８２９号）、ホウ酸−マンニット
−ポリビニル・アルコール系の使用（特開昭５９−１７
７９１５号）等が行われたが、充分な耐電圧性の向上は
望めなかった。

電解コンデンサ用電解液を作成するに際しては良好な溶
質を使用することは勿論であるが、充分な溶質の溶解度
と電解液の好適な導電率を与える溶媒を使用する必要が
ある。さらに、これらの溶質および溶媒からなる電解液
がコンデンサ使用中に所定の化学反応以外の不都合な化
学反応を進行させない特性を有する必要がある。特に溶
質と溶媒との種類によっては縮合水が生成し、例えば、
ホウ酸系電解液は所定の耐電圧性を得るためには相応の
ホウ酸量が必要とされる結果エチレングリコール等の多
価アルコール溶媒とのエステル化反応が進行し縮合水が
多量に発生し内圧上昇、開弁という事態に至っていた。

この縮合水の生成は、水の気化が速やかに起こる高温下
での使用に際して特に問題となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、電解コンデンサ用電解液の特性を良好に保持
しつつ良好な特性の付与に必要な溶質の添加量を減少さ
せ、溶質と溶媒との間で進行する使用中の不都合な化学
反応の進行を抑制して耐電圧性が向上し高温での使用が
可能な電解コンデンサ用電解液を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、アルミニウム電解コンデンサ駆動用の
電解液において、ポリエチレングリコール−モノ−Ｐ−
ノニルフェニルエーテルを含有することを特徴とする電
解コンデンサ用電解液が提供される。

ポリエチレングリコール−モノ−Ｐ−ノニルフェニルエ
ーテルの一般式： にあって、ｎ＝５〜２０であれば好適な電解コンデンサ
用電解液を作成することができる。

ｎ＜５とすると溶解性が低下するため好ましくない、ｎ
＞２０としても所望の効果は達せられるが、粘度が上昇
するため実用上の電解液としては不都合を生じることも
あり好ましくない。

電解液中にアルコールと酸とが共存する電解コンデンサ
用電解液にポリエチレングリコール−モノ−Ｐ−ノニル
フェニルエーテルを添加すれば、電解液の特性を良好に
保持しつつエステル化反応に起因する縮合水の生成を有
効に抑制することができる。この種の酸には、例えば、
ホウ酸、１．６−デカンジカルボン酸、セバシン酸、ア
ゼライン酸、スルファミン酸、スペリン酸、リン酸並び
にシアリン酸が包含される。

電解液の溶媒が多価アルコール溶媒である電解コンデン
サ用電解液にポリエチレングリコール−モノ−Ｐ−ノニ
ルフェニルエーテルを添加すれば、良好な特性を有する
溶媒からなる電解液の特性を有効に保持しつつ使用中の
不都合な化学反応の進行を適切に抑制することができる
。この種の多価アルコール溶媒には、例えば、エチレン
グリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコ
ール、ヘキシレングリコール、フェニルグリコール、グ
リセリン、エリスリトール並びにヘキシトールが包含さ
れる。

本発明の電解コンデンサ用電解液を調製する際は、ポリ
エチレングリコール−モノ−Ｐ−ノニルフェニルエーテ
ルを比較的少量溶解すれば所望の効果を得ることができ
るが、電解液の種類によっては比較的大量のポリエチレ
ングリコール−モノ−Ｐ−ノニルフェニルエーテルを使
用した方が好適な場合もある。

ポリエチレングリコール−モノ−Ｐ−ノニルフェニルエ
ーテルの適切な添加量は、それぞれの電解液固有の特性
に応じて適宜室めることができる。

〔作用〕

本発明が開示したポリエチレングリコール−モノーＰ−
ノニルフェニルエーテルの添加が電解液中でアルミニウ
ム酸化被膜誘電体に対しどのような作用をするのか、そ
の作用機構自体は明らかではない。

しかしながら、前記した独特な化学構造を有するポリエ
チレングリコール−モノ−Ｐ−ノニルフェニルエーテル
は、電解コンデンサに高電圧を負荷した際の電気化学的
状態の動揺を低く抑える特有の作用を持つと推定される
。この作用は、観測できる形態としては、時間的に負荷
電圧が増加した際のシンチレーション電圧低下効果に最
も大きく反映される。

ポリエチレングリコール−モノ−Ｐ−ノニルフェニルエ
ーテルを含有する本発明の電解コンデンサ用電解液では
、電解液の良好な特性の付与に必要な溶質の添加量を減
少させ、特に多価アルコール溶媒中にあって縮合水の生
成を促進するホウ酸の添加量を大幅に減少させることが
でき、溶質と溶媒との間で進行する特にガス発生を伴う
使用中の不都合な化学反応の進行を抑制することができ
る。この作用は、観測できる形態としては、例えば水の
沸点に近い高温下で長時間電解コンデンサを使用した際
の外観不良発生あるいは開弁の有無に最も大きく反映さ
れる。

〔発明の効果〕

本発明の電解コンデンサ用電解液を用いて作成した電解
コンデンサは、高い耐電圧性を有し、高温で長時間使用
しても外観不良あるいは開弁は発生しない。

〔実施例〕

以下に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない
、なお、以下の実施例には前記したポリエチレングリコ
ール−モノ−Ｐ−ノニルフェニルエーテルの一般式にあ
ってｎ＝１０のものを用いた。

衷ｌ自１１ ３５ｍｍＸ１５００ｍのエツチド箔をホウ酸溶液中、７
００ｖで化成した。この陽極箔と紙と陰極箔とを巻回し
て素子を作成しな、素子ノ定格Ｇ、ｔ４５０Ｖ、１５０
ｉｆ、サイズは３０φＸ５０１であった。この素子に下
記組成の電解液（実施例１または比較例１）を含浸し再
化成した。

！ＬｊＬＬＬ　　Ｌ致■ユ ポリエチレングリ　　　１７．２　　−コール−モノ−
Ｐ− ノニルフェニルエーテル なお、実施例１および比較例１の電解液の比抵抗は、そ
れぞれ１．５にΩ１．３．０Ｋ　Ｑ　＞であった。

これらの電解液を用いた電解コンデンサの耐電圧性を示
すシンチレーションカーブを第１図に示す、また、初期
の静電容量（Ｃａｐ）誘電正接（ｔａｎδ）、漏れ電流
（ＬＣ）を測定した後、４５０ｖの負荷をかけ９５℃で
１０００時間使用した試験結果を静電容量変化（ΔＣａ
ｐ）およびｔａｎδとＬＣとの測定値として第１表に示
す。

本発明の電解液を用いる電解コンデンサは従来のものと
比較して高いシンチレーション電圧を示した。また、９
５℃で１０００時間使用しても本発明の電解液を用いる
電解コンデンサは、静電容量の変化はほとんどなく、誘
電正接（ｔａｎδ）の増大は僅かであり、漏れ電流は低
下するのに対し、従来の電解液を用いる電解コンデンサ
は、試験途中で開弁じ試験続行が不可能となった。

塞ｌ自乱１ 次の組成の電解液を用いる以外は、実施例１とほぼ同様
にして電解コンデンサを作成し１、　試験を行った。結
果は第２表に示す。

哀鳳■ユ　Ｌ蚊悪ユ ニ　　′　１コーレ １．６−ゾカンジ　　　　９．０　　９．１カルボン酸 ポリエチレングリ　　　　０．９　− コール−モノ−Ｐ− ノニルフェニルエーテル １．６−デカンジカルボン酸を用いるものについてもポ
リエチレングリコール−モノ−Ｐ−ノニルフェニルエー
テルを添加することによりシンチレーション電圧が上昇
した。

１１且ユ 次の組成の電解液を用いる以外は、実施例１とほぼ同様
にして電解コンデンサを作成し、試験を行った。結果は
第２表に示す。

夏１且ユ　ル敗■ユ ニ　し′　Ｉコート アゼライン酸アンモ　　　９．０　　９．１ニウム ポリエチレングリ　　　　０．９　− コール−モノ−Ｐ− ノニルフェニルエーテル アゼライン酸アンモニウムを用いるものについてもポリ
エチレングリコール−モノ−Ｐ−ノニルフェニルエーテ
ルを添加することによりシンチレーション電圧が上昇し
た。

尺立且Ａ 次の組成の電解液を用いる以外は、実施例１とほぼ同様
にして電解コンデンサを作成し、試験を行った。結果は
第２表に示す。

２の■　　重量％ ！ＪＬＬＬ　　ＬＵＬｉ エ　し′　１コーレ セバシン酸アンモニ　　　９．０　　９．１ポリエチレ
ングリ　　　　０．９　− コール−モノーＰ− ノニルフェニルエーテル セバシン酸アンモニウムを用いるものについてもポリエ
チレングリコール−モノ−Ｐ−ノニルフェニルエーテル
を添加することによりシンチレーション電圧が上昇した
。

以上説明したように、本発明の電解コンデンサ用電解液
を用いて作成した電解コンデンサは、高い耐電圧性を有
し、高温で長時間使用しても開弁は起こらなかった。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のポリエチレングリコール−モノーＰ−
ノニルフェニルエーテルを含有する電解液を用いた電解
コンデンサと、含有しない電解液を用いた電解コンデン
サとを比較したシンチレーションカーブである。 特許出願人　　日本ケミコン株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム電解コンデンサ駆動用の電解液にお
   いて、ポリエチレングリコール−モノ−Ｐ−ノニルフェ
   ニルエーテルを含有することを特徴とする電解コンデン
   サ用電解液。
2. （２）ポリエチレングリコール−モノ−Ｐ−ノニルフェ
   ニルエーテルの一般式： ▲数式、化学式、表等があります▼ にあって、ｎ＝５〜２０である請求項１記載の電解コン
   デンサ用電解液。
3. （３）電解液中にアルコールと酸とが共存する請求項１
   記載の電解コンデンサ用電解液。
4. （４）電解液の溶媒が多価アルコール溶媒である請求項
   １記載の電解コンデンサ用電解液。