JPH02185012A - Electrolytic solution for electrolytic capacitor - Google Patents

Electrolytic solution for electrolytic capacitor

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JPH02185012A
JPH02185012A JP535389A JP535389A JPH02185012A JP H02185012 A JPH02185012 A JP H02185012A JP 535389 A JP535389 A JP 535389A JP 535389 A JP535389 A JP 535389A JP H02185012 A JPH02185012 A JP H02185012A
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JP
Japan
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acid
groups
electrolytic
electrolytic solution
formula
Prior art date
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Application number
JP535389A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Shimizu
誠 清水
Yutaka Yokoyama
豊 横山
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Nippon Chemi Con Corp
Original Assignee
Nippon Chemi Con Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To maintain the stable characteristics for a long period of time by using a practically nonaqueous high-conductivity electrolytic solution having an aprotic solvent as its main substance. CONSTITUTION:This electrolytic solution for electrolytic capacitors contains mono-or ditetraalkylarsonium compound salt being a phenyl carboxylic acid compound shown by formula (I), as an electrolyte, in a solvent having an aprotic solvent as its main substance. In the formula (I), R1-R4 express alkyl groups with 1-6 carbon atom(s) being the same as or different from each other, and X1-X3 express hydrogen atoms, lower alkyl groups, hydroxy groups, lower alcoxy groups, nitro groups, carboxyl groups, or groups chosen from of arbitrary one out of the above-mentioned carboxyl groups and a tetraalkylarsonium compound group shown in the formula (I). And, this makes it possible to maintain the stable characteristics for a long time even under a wide range of temperature environments.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電解コンデンサに用いる電解液に関し、特に
非プロトン溶媒を主溶媒とした電解液に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an electrolytic solution used in an electrolytic capacitor, and particularly to an electrolytic solution containing an aprotic solvent as a main solvent.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電解コンデンサは、表面に絶縁性の酸化皮膜が形成され
たアルミニウムまたはタンタルなどの弁金属を電極箔に
使用し、前記酸化皮膜層を誘電体とするとともに、この
酸化皮膜層の表面に電解質層となる電解液を接触させ、
更に通常陰極と称する集電用の電極を配置して構成され
ている。
Electrolytic capacitors use a valve metal such as aluminum or tantalum on the surface of which an insulating oxide film is formed, and use the oxide film layer as a dielectric, and an electrolyte layer on the surface of the oxide film layer. by contacting an electrolytic solution of
Furthermore, a current collecting electrode, usually called a cathode, is arranged.

電解コンデンサ用電解液は、上述したように誘電体に直
接接触し、真の陰極として作用する。すなわち、電解液
は電解コンデンサの誘電体層と集電陰極との間に介在し
て、電解液の抵抗骨が電解コンデンサに直列に挿入され
ていることになる。
As described above, the electrolyte for an electrolytic capacitor comes into direct contact with the dielectric and acts as a true cathode. That is, the electrolytic solution is interposed between the dielectric layer and the current collecting cathode of the electrolytic capacitor, and the resistance bones of the electrolytic solution are inserted in series with the electrolytic capacitor.

そのため、電解液の特性は、電解コンデンサ特性を左右
する大きな要因となっている。例えば、電解液の電導度
が低いと、電解コンデンサの内部の等価直列抵抗分を増
大させ、高周波特性や損失特性が悪(なる欠点がある。
Therefore, the characteristics of the electrolyte are a major factor that influences the characteristics of electrolytic capacitors. For example, if the conductivity of the electrolytic solution is low, the equivalent series resistance inside the electrolytic capacitor increases, resulting in poor high frequency characteristics and loss characteristics.

従来では、高周波特性、損失特性等の向上を図るために
、電導度の高い電解質として、アジピン酸などの有機酸
またはその塩をエチレングリコールなどのグリコール類
やアルコール類に溶解したものが使用されている。
Conventionally, organic acids such as adipic acid or their salts dissolved in glycols such as ethylene glycol or alcohols have been used as electrolytes with high conductivity in order to improve high frequency characteristics, loss characteristics, etc. There is.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところが、近年の電子機器の利用範囲の増大から電解コ
ンデンサ性能の向上改善の要求が高まり、現状の電解液
の電導度では充分とはいえない。特に現状の電解液の場
合、所望の電導度が得られない場合や、溶解度が低い電
解質を用いた場合などは、意図的に水を添加して電導度
の向上を図ることが行われている。
However, as the range of use of electronic devices has increased in recent years, there has been a growing demand for improvements in the performance of electrolytic capacitors, and the current conductivity of electrolytes is no longer sufficient. Especially in the case of current electrolytes, when the desired conductivity cannot be obtained or when an electrolyte with low solubility is used, water is intentionally added to improve the conductivity. .

しかし最近のように従来品を越える広範囲にわたる温度
環境下での長時間の使用が求められる電解コンデンサで
は、電解液中の水分の存在が誘電体皮膜層の劣化、電解
コンデンサの内部蒸気圧の異常上昇、封口体の破損や電
解液の蒸散による寿命劣化等を招来してしまい、長期間
にわたる安定した特性を維持することが困難になってい
る。
However, in recent years, electrolytic capacitors are required to be used for long periods of time in a wider temperature environment than conventional products, and the presence of moisture in the electrolyte can cause deterioration of the dielectric film layer and abnormalities in the internal vapor pressure of the electrolytic capacitor. As a result, it becomes difficult to maintain stable characteristics over a long period of time, leading to a decrease in life due to rising, damage to the sealing body, and evaporation of the electrolyte.

本発明の目的は、非プロトン溶媒を主体とする実質的に
非水系の高電導度の電解液を提供することにより、電解
コンデンサの電気的特性を向上させ、かつ安定した特性
を長期間維持することにある。
An object of the present invention is to improve the electrical characteristics of electrolytic capacitors and maintain stable characteristics for a long period of time by providing a substantially non-aqueous high conductivity electrolytic solution containing an aprotic solvent as a main component. There is a particular thing.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明は、電解コンデンサ用の電解液として、非プロ
トン溶媒を主体とする溶媒中に、一般式: (式中、R+、Rt、Rx、R4は各々同じまたは異な
ってよい炭素原子1〜6個のアルキル基、X。
This invention provides an electrolytic solution for an electrolytic capacitor in which a solvent of the general formula: an alkyl group, X.

Xz、Xsは水素原子、低級アルキル基、ヒドロキシ基
、低級アルコキシ基、ニトロ基、カルボキシル基、また
は前記カルボキシル基の任意の一つと式中に示されるテ
トラアルキルアルソニウム化合物基との塩基から選択さ
れる基を表す、)のフェニルカルボン酸化合物のモノま
たはジテトラアルキルアルソニウム化合物塩を電解質と
して含有することを特徴としている。
and It is characterized by containing a mono- or di-tetraalkyl arsonium compound salt of a phenylcarboxylic acid compound (representing a group) as an electrolyte.

また、使用される非プロトン溶媒としては、(1)  
アミド系として、トメチルホルムアミド、N、N−ジメ
チルホルムアミド、トメチルホルムアミド、N、N−ジ
エチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N、 
N−ジメチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、
N、N−ジエチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリ
ックアミド、 (2)オキシド系としてジメチルスルホキシド、(3)
ニトリル系としてアセトニトリル、(4)環状エステル
、アミド系として、T−ブチロラクトン、N−メチル−
2−ピロリドン、エチレンカーボネート、プロピレンカ
ーボネートなどが代表的に挙げられる。
In addition, the aprotic solvent used is (1)
Amides include tomethylformamide, N,N-dimethylformamide, tomethylformamide, N,N-diethylformamide, N-methylacetamide, N,
N-dimethylacetamide, N-ethylacetamide,
N,N-diethylacetamide, hexamethylphosphoric amide, (2) dimethyl sulfoxide as an oxide system, (3)
Acetonitrile as a nitrile type, (4) cyclic ester, T-butyrolactone, N-methyl- as an amide type.
Representative examples include 2-pyrrolidone, ethylene carbonate, and propylene carbonate.

また、更に本発明の対象となる多価アルコール化合物は
、2価アルコール化合物または2価アルコール化合物の
モノアルキルエーテルが好適で、2価アルコール化合物
がエチレングリコールであり、2価アルコールモノアル
キルエーテル化合物がメチルセルソルブまたはエチルセ
ルソルブである。
Further, the polyhydric alcohol compound which is the object of the present invention is preferably a dihydric alcohol compound or a monoalkyl ether of a dihydric alcohol compound, and the dihydric alcohol compound is ethylene glycol, and the dihydric alcohol monoalkyl ether compound is preferably a dihydric alcohol compound or a monoalkyl ether of a dihydric alcohol compound. Methyl cellosolve or ethyl cellosolve.

非プロトン溶媒に対する多価アルコール化合物の重量割
合は、(100〜50) : (0〜50)であって、
非プロトン溶媒100χが適切であるが、約50χまで
の多価アルコール化合物は実質的に製品劣化を避は得て
適宜使用してよい。
The weight ratio of the polyhydric alcohol compound to the aprotic solvent is (100-50): (0-50),
An aprotic solvent of 100x is suitable, but up to about 50x of polyhydric alcohol compound may be used as appropriate without substantial product deterioration.

また具体的なフェニルカルボン酸化合物としては、安息
香酸、トルイル酸、エチル安息香酸、クミン酸、ヘメリ
ト酸、メシチレン酸、ズリル酸、フタル酸、イソフタル
酸、テレフタル酸、5−メチルイソフタル酸、ヘミメリ
ト酸、トリメリド酸、トリメシン酸、プレーニド酸、メ
ロファン酸、ピロメリト酸、ニトロ安息香酸、ジニトロ
安息香酸、2.4.6− )ジニトロ安息香酸、ニトロ
フタル酸、ニトロイソフタル酸、ニトロテレフタル酸、
ヒドロキシ安息香酸、サリチル酸、3−ニトロサリチル
酸、3.5−ジニトロサリチル酸、2.4−ジヒドロキ
シ安息香酸、ゲンチシン酸、γ−レゾルシル酸、プロト
カテク酸、α−レゾルシル酸、没食子酸、2.3.4−
 )ジヒドロキシ安息香酸、2.4.6−ドリヒドロキ
シ安息香酸、6−メチルサリチル酸、3−メチルサリチ
ル酸、チモチン酸、オルセリン酸、ヒドロキシイソフタ
ル酸、ヒドロキシテレフタル酸、ノルヘミビン酸、アニ
ス酸、バニリン酸、イソバニリン酸、ベラトルム酸、ト
リメトキシ安息香酸、ヘミピン酸等がある。
Specific phenylcarboxylic acid compounds include benzoic acid, toluic acid, ethylbenzoic acid, cumic acid, hemeritic acid, mesitylic acid, zurilic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, 5-methylisophthalic acid, and hemimelitic acid. , trimellidic acid, trimesic acid, prenidic acid, merofanic acid, pyromellitic acid, nitrobenzoic acid, dinitrobenzoic acid, 2.4.6-) dinitrobenzoic acid, nitrophthalic acid, nitroisophthalic acid, nitroterephthalic acid,
Hydroxybenzoic acid, salicylic acid, 3-nitrosalicylic acid, 3.5-dinitrosalicylic acid, 2.4-dihydroxybenzoic acid, gentisic acid, γ-resorcylic acid, protocatechuic acid, α-resorcylic acid, gallic acid, 2.3.4 −
) Dihydroxybenzoic acid, 2.4.6-drihydroxybenzoic acid, 6-methylsalicylic acid, 3-methylsalicylic acid, thymotic acid, orceric acid, hydroxyisophthalic acid, hydroxyterephthalic acid, norhemibic acid, anisic acid, vanillic acid, isovanillin acids, veratrum acid, trimethoxybenzoic acid, hemipic acid, etc.

更に、テトラアルキルアルソニウム化合物の代表的な具
体例はとしては、テトラメチルアルソニウム、トリエチ
ルメチルアルソニウム、トリメチルエチルアルソニウム
、ジエチルジメチルアルソニウム、テトラエチルアルソ
ニウム、トリメチルイソプロピルアルソニウム、テトラ
プロピルアルソニウム、テトラブチルアルソニウム、テ
トラペンチルアルソニウム等を例示することができる。
Furthermore, typical specific examples of the tetraalkylarsonium compounds include tetramethylarsonium, triethylmethylarsonium, trimethylethylarsonium, diethyldimethylarsonium, tetraethylarsonium, trimethylisopropylarsonium, and tetrapropylarsonium. , tetrabutyl arsonium, tetrapentyl arsonium and the like.

本発明で使用されるテトラアルキルアルソニウム化合物
は、例えば三塩化ヒ素とジメチル亜鉛との反応により、
トリメチルアルシンを合成し、これをハロゲン化アルキ
ルで常法によりアルキル化して、対応するハロゲン化1
−アルキルトリメチルアルソニウム化合物塩を得、これ
にイオン交換膜を使用した電気透析を行い、アニオン交
換を行う脱ハロゲンと脱塩して、水酸化−1−アルキル
トリメチルアルソニウム化合物の水溶液を得る。この得
られた水酸化−1−アルキルトリメチルアルソニウム化
合物の水溶液に、所望のフェニルカルボン酸化合物を等
モルまたは1/2モル添加し、中和反応させて減圧下で
蒸発固化させ、フェニルカルボン酸化合物のモノまたは
ジー1−アルキルトリメチルアルソニウム化合物塩を得
ることができる。
The tetraalkyl arsonium compound used in the present invention can be prepared by, for example, reacting arsenic trichloride with dimethylzinc.
Synthesize trimethylarsine and alkylate it with an alkyl halide using a conventional method to obtain the corresponding halide 1.
A -alkyltrimethylarsonium compound salt is obtained, which is subjected to electrodialysis using an ion exchange membrane, followed by dehalogenation and desalting for anion exchange to obtain an aqueous solution of a 1-alkyltrimethylarsonium hydroxide compound. To the obtained aqueous solution of the 1-alkyltrimethylarsonium hydroxide compound, equimolar or 1/2 mole of the desired phenylcarboxylic acid compound is added, a neutralization reaction is carried out, and the phenylcarboxylic acid compound is evaporated and solidified under reduced pressure. Mono- or di-1-alkyltrimethylarsonium compound salts of the compounds can be obtained.

本発明にかかる電解コンデンサ用電解液は、−船釣に非
プロトン溶媒に必要に応じ多価アルコール化合物または
そのモノアルキルエーテル化合物を混合した溶媒に所望
のフェニルカルボン酸化合物のモノまたはジー1−アル
キルトリメチルアルソニウム化合物塩を添加溶解して得
られる。
The electrolytic solution for an electrolytic capacitor according to the present invention is prepared by adding a mono- or di-1-alkyl of a desired phenylcarboxylic acid compound to a solvent prepared by mixing an aprotic solvent with a polyhydric alcohol compound or its monoalkyl ether compound as required. Obtained by adding and dissolving trimethylarsonium compound salt.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明にかかる電解コンデンサ用電解液の実施例
につき、フェニルカルボン酸化合物のモーノまたはジテ
トラアルキルアルソニウム化合物塩の各種非プロトン溶
媒またはこれと多価アルコール溶液の電導度を第1表に
示す。なお、従来例として標準的な電解液を示している
Table 1 below shows the conductivities of various aprotic solvents of mono- or di-tetraalkyl arsonium compound salts of phenylcarboxylic acid compounds or solutions of these and polyhydric alcohols for examples of electrolytic solutions for electrolytic capacitors according to the present invention. show. Note that a standard electrolytic solution is shown as a conventional example.

以上の結果から分かるように、本発明の電解液は、従来
のものに比べて高い電導度を示している。
As can be seen from the above results, the electrolytic solution of the present invention exhibits higher conductivity than the conventional electrolytic solution.

次に、実施例1−10および比較例の電解液を用いて各
10個の電解コンデンサを製作し、その特性の比較を行
った。
Next, ten electrolytic capacitors were manufactured using the electrolytes of Examples 1-10 and Comparative Example, and their characteristics were compared.

製作した電解コンデンサは、アルミニウム箔を陽極なら
びに陰極に用い、セパレータ紙を挟んで重ね合わせて巻
回して円筒状のコンデンサ素子としたものに、各々の実
施例および比較例の電解液を含浸して外装ケースに収納
して密封したものである。
The manufactured electrolytic capacitors were made by using aluminum foil as an anode and a cathode, and rolling the foil overlappingly with separator paper in between to form a cylindrical capacitor element, which was impregnated with the electrolyte of each example and comparative example. It is stored in an external case and sealed.

いずれも同一のコンデンサ素子を用いており、定格電圧
16V、定格容量180μFである。
Both use the same capacitor element, and have a rated voltage of 16 V and a rated capacity of 180 μF.

第2表はこれら電解コンデンサの初期値ならびに110
℃で定格電圧を印加して1000時間経過後の静電容量
値(CAP: u F)、損失角の正接(tanδ)、
および2分値による漏れ電流(LC:μ^)を表してい
る。
Table 2 shows the initial values of these electrolytic capacitors and 110
Capacitance value after 1000 hours after applying rated voltage at °C (CAP: u F), tangent of loss angle (tan δ),
and represents the leakage current (LC:μ^) based on a bipartite value.

男」1表 この試験の結果から明らかなように、本発明の電解液の
電導度が高いことから、従来のものに比べ、損失すなわ
ちtanδの値が低くなる。
As is clear from the results of this test, the electrolytic solution of the present invention has a high conductivity, so the loss, that is, the tan δ value, is lower than that of the conventional electrolytic solution.

また、本質的に水を含まないので、低温環境下であって
もその特性の変化が少なく、かつ高温負荷状態での内圧
上昇による外観異常発生や静電容量の減少率は極めて少
ないことが理解される。
In addition, since it essentially does not contain water, its characteristics change little even in low-temperature environments, and it is understood that appearance abnormalities and capacitance decrease rates due to increased internal pressure under high-temperature load conditions are extremely small. be done.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明にかかる電解液を用いた電解コンデンサは、低い
損失値と、広範囲にわたる温度環境下でも長時間安定し
た特性を維持することができるの、で、高い周波数で使
用され、かつ高効率が求められるスイッチングレギエレ
ータなどの電源装置や、高温度で長時間使用される各種
電気機器等に用いることができる。
The electrolytic capacitor using the electrolyte according to the present invention has a low loss value and can maintain stable characteristics for a long time even in a wide range of temperature environments, so it can be used at high frequencies and requires high efficiency. It can be used in power supplies such as switching regulators, and various electrical devices that are used at high temperatures for long periods of time.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)非プロトン溶媒を主体とする溶媒中に、一般式:
▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、R_1,R_2,R_3,R_4は各々同じま
たは異なってよい炭素原子1〜6個のアルキル基、X_
1,X_2,X_3は水素原子、低級アルキル基、ヒド
ロキシ基、低級アルコキシ基、ニトロ基、カルボキシル
基、または前記カルボキシル基の任意の一つと式中に示
されるテトラアルキルアルソニウム化合物基との塩基か
ら選択される基を表す。)のフェニルカルボン酸化合物
のモノまたはジテトラアルキルアルソニウム化合物塩を
電解質として含有する電解コンデンサ用電解液。
(1) In a solvent mainly consisting of an aprotic solvent, the general formula:
▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼ (In the formula, R_1, R_2, R_3, R_4 are alkyl groups with 1 to 6 carbon atoms, each of which may be the same or different, X_
1, Represents a selected group. ) An electrolytic solution for electrolytic capacitors containing a mono- or di-tetraalkyl arsonium compound salt of a phenylcarboxylic acid compound as an electrolyte.
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