JPH02202009A

JPH02202009A - 極高庄アルミニウム電解コンデンサ用長鎖カルボン酸

Info

Publication number: JPH02202009A
Application number: JP1320707A
Authority: JP
Inventors: Roland F Dapo; ローランド　フランシス　ダポ
Original assignee: US Philips Corp
Current assignee: US Philips Corp
Priority date: 1988-12-14
Filing date: 1989-12-12
Publication date: 1990-08-10
Anticipated expiration: 2016-09-17
Also published as: EP0375026A1; EP0375026B1; DE68919064T2; JP3210316B2; CA2005158A1; DE68919064D1; US4860169A

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】主班■宜景この発明は、電解コンデンサ及びそれに用いる改良電解
質に関する。

特に、この発明は、高い動作電圧、特に５００ボルトを
超える電圧で使用するのに適する、アルミニウム陽極及
び陰極部材を有する電解コンデンサ及び前記高電圧特に
５００ｖを超える電圧で使用される電解コンデンサ用電
解液に関する。

これらのコンデンサは、印加電圧で新しい酸化物を生成
することにより陽極上に誘電体酸化物膜を維持すること
ができねばならない。したがって、製造電圧が７００Ｖ
である場合、絶縁破壊が５５０ｖでは起こらないであろ
う。更に、電解液の抵抗率がコンデンサの等価直列抵抗
（１！ＳＲ）に寄与するので、この抵抗率をできるだけ
低くすることが必要である。更に、コンデンサは、広い
温度範囲にわたって動作可能であるべきである。

低いＢＳＲを示しなから５００ボルトより高い電圧で広
い温度範囲において動作することのできる、アルミニウ
ム陽極及び陰極部材を用いる電解コンデンサを製造する
試みがなされたが、このような試みは、成功しなかった
。

すなわち、１０３ケミカルアブストラクト６７４に抄録
するように特開昭６０−１３２３１３号公報に１６〜２
２個の炭素原子の多塩基側鎖置換酸である有機カルボン
酸のアミン塩の溶液からなる電解液の使用が示される。

得られたコンデンサは、４８０ｖの高さまでの電圧定格
を有し、比較的低いＥＳＲ値を示す。

しかし、５００ボルトを超える電圧定格を有するコンデ
ンサ製造の示唆はない。

特開昭５７−２７０１３号公報は、主成分がエチレング
リコールである溶媒に溶解した、アルキル側鎖と１６〜
２２個の炭素原子とを有する二塩基酸の溶液からなる電
解コンデンサ用電解液を示す。この電解液は、少量のア
ンモニア及びホウ酸を含有することができる。この特許
の明細書に示すように、５００ボルトの高さの電圧定格
を有するコンデンサを製造することができる。しかし、
この場合にも、５００ボルトより高い電圧定格を有する
電解コンデンサ製造の示唆はない。

欧州特許出願第０２２７４３３号明細書は、電解質充填
として１１〜３０個の炭素原子を有する枝分れ鎖脂肪族
ジカルボン酸の第四アンモニウム塩を極性有機溶媒に溶
解してなる電解液を用いる電解コンデンサを示す。この
ような電解質を用いて、この文献は、４７５ボルトまで
の電圧定格を有するコンデンサの製造を示す。しかし、
その中に開示された電解質を用いることにより５００ボ
ルトを超える電圧定格を存し、かつ低いＥＳＲ値を示す
コンデンサを製造しうるという示唆はない。

更に、５００ボルトないしこれよりわずかに高い電圧定
格を有する電解コンデンサは、従来のホウ素系電解質を
用いて製造しうるが、そのような場合にはホウ酸が誘電
体酸化アル・ミニラムにかかる最大電圧を制限するので
、該酸化アルミニウムにかかる電圧を最小にするために
異常に厚い紙バッド（ｐａｄ）を用いる必要があること
に注意すべきである。その結果、高抵抗がもたらされる
。この高抵抗は、コンデンサについての電圧降下をつく
るのに重要な因子であり、高電圧せん光コンデンサの製
造と使用を可能にする。これらのコンデンサは、定格電
圧において高い漏れ電流が必要である。

せん光コンデンサは、比較的小さいので、放散された熱
がコンデンサの動作温度を著しく上昇させることはない
が、このような状況は５００ボルト以上の定格の大きな
電子計算機コンデンサにおいては許されない。このよう
な場合、高い漏れ電流は、熱的無制御を生じ、コンデン
サの破壊をもたらす恐れがある。

ｉ肌夏翌立この発明の主目的は、動作電圧で比較的低い等個直列抵
抗を示しながら、広い温度範囲で５００ボルトを趙える
電圧で満足に用いうる、アルミニウム陽極及び陰極部材
をそなえる電解コンデンサを提供することである。

この発明に従って、両カルボキシル基が少なくとも１４
個の炭素原子により隔てられる直鎖飽和脂肪族ジカルボ
ン酸を、少なくとも１種の極性有機溶媒と、少なくとも
有機溶媒の４〜３０重量％の量の水又は有機溶媒の２〜
５重量％の量のホウ酸塩との混合物中に含有する溶液か
ら本質的になる電解液を含浸した絶縁スペーサにより隔
離されたアルミニウム陽極及び陰極部材をそなえる、改
良電解コンデンサを提供する。この発明の新規コンデン
サは、低い等個直列抵抗と共に５００ボルトを超える電
圧定格を示し、−４０’Ｃ〜１０５　”Ｃの範囲の温度
にわたり動作可能であることは確かめた。

分班少用狙任意適当な極性有機溶媒又は極性有機溶媒混合物を用い
ることができるが、エチレングリコール、ジメチルアセ
トアミド、ジメチルホルムアミド及びブチロラクトンよ
りなる群から選ばれた少なくとも１種の溶媒と、テトラ
ヒドロフルフリルアルコール、ジメチルスルホキシド、
Ｎ−メチルアセトアミド及びＮ−メチルホルムアミドよ
りなる群から選ばれた少なくとも１種の溶媒とよりなる
極性有機溶媒混合物を用いて極めて満足な結果を達成し
うることを確かめた。

ジカルボン酸の完全な溶解性のためには、ｐＨ６，０〜
１０．０、好ましくは７．０〜１０．０の値を与えるの
に十分なアンモニア又はアミンを溶液に添加することが
必要である。

電解質溶液のｐＨは、アンモニア、ジメチルアミン、ジ
エチルアミン及びピペリジンよりなる群から選ばれたア
ンモニア又はアミンの添加により調節することが好まし
い。

前記極性有機溶媒は、この発明の電解質溶液中に容易に
用いて良好な結果を与えることができるが、大量のエチ
レングリコール、少量のテトラヒドロフルフリルアルコ
ール及び少量のジメチルアセトアミドよりなる極性有機
溶媒混合物を用いることにより特に良好な結果が達成さ
れることを確かめた。これは、用いたジカルボン酸が両
カルボキシル基が３４個の−ＣＨ！−（メチレン）基に
より隔てられ、約５６５の分子量を有する飽和直鎖酸で
ある場合、特にそうである。この酸を以後「ジカルボン
酸」と呼ぶ。

しかし、タプス酸（Ｌｈａｐｓｉｃ　ａｃｉｄ）、すな
わちヘキサデカンニ酸、又はドコサンニ酸のような両カ
ルボキシル基が少なくとも１４個の炭素原子で隔てられ
る他の直鎖飽和脂肪族ジカルボン酸も用いることができ
る。

ホウ酸塩は、ホウ酸の形で用いるのが好ましい。

水が存在する場合、腐食防止のためには５重量％までの
ホウ酸塩が存在することができる。

若干の場合、１０重景％までの量でのリン酸の添加が改
良された結果を与えることを確かめた。

次に示すのは、この発明のコンデンサに特に有用である
ことが分かった電解液組成物である。

Ａ、約３〜５重量％のジカルボン酸を、約６５〜７０重
量％のエチレングリコール、７〜１０１１％のテトラヒ
ドロフルフリルアルコール、１０〜１６重量％のジメチ
ルアセトアミド、４〜８重量％の水及び０．６〜１．０
重量％のジメチルアミンよりなる混合物中に含有する溶
液。

Ｂ、約２〜４重量％のジカルボン酸を、約８０〜９０重
量％のエチレングリコール、８〜１０重量％のテトラヒ
ドロフルフリルアルコール、４〜１０重量％の水及び０
．２０〜０．７５重量％のアンモニアよりなる混合物中
に含有する溶液。

本質的に約２〜５重量％のジカルボン酸の溶液からなる
電解質を用いて特に改良された結果を得た。

次に、この発明を次の例によっていっそう詳細に説明す
る。

エチレングリコールテトラヒドロフルフリルアルコール水ジカルボン酸２８％アンモニア水８５％リン酸第１表６０９０　７４９Ｔ８６．１２５ｗＺ　７９．２５−χ ９．０００　９．００２．０００　６．００２．３７５　４．７５０．５００　１．００ｏ、ｏｏｏ　　ｏ、ｏ。

ｕ匹７９．２５−χ ９．００６．００４．７５１．０００．０２５コンデンサ部は、７００ＥＦＶ　（有効製造電圧（ｅｆ
ｆｅｃｔｉｖｅ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｖａｌｔａｇｅ））
アルミニウム陰極箔、アルミニウム陰極箔及び隔離紙を
用いて製造した。上記３種の組成物（第１表）をそれら
で処理したコンデンサ部のエージングすなわち［バーン
・イン（ｂｕｒｎ　ｉｎ）　Ｊに関して評価した。エー
ジング方法は、定電流様式で単位当りｄｍａを加えるこ
とを含み、これらのコンデンサに印加した最大電圧は、
７０’Ｃオーブンを用いて５７０ｖであった。

６０９Ｄ組成物を有するコンデンサは、５７０Ｖのエー
ジング電圧に達するのに６，５時間より多くを要した。

これらのコンデンサをこの電圧で約１６時間８５℃のオ
ープン中に放置した。単位を放冷し、漏れ電流、キャパ
シタンス及びＥＳＲを測定した。漏れ電流特性は、不満
足であることが分かった。漏れ電流は、設計により要求
される限界内である点で最初満足であった。しかし、室
温で数日、又は高温で数時間放置した場合、漏れ電流が
不満足なレベルに増加した。

二つの組成物７４９Ｔ及び７４９Ｕは、はるかに良好な
特性を示した。これらの充填電解質でつくったコンデン
サは、２．７００ｈｒで５７０ｖのエージング電圧に達
した。また、これらは、これらを８５゛Ｃのオーブン中
で５７０ｖを１６ｈｒの間印加して放置することによリ
バーンインされた。

組成物７４９Ｔ及び７４９υからつくられたコンデンサ
の初期電気特性を次の第２表に示す。

第２表７４９Ｔ、４３２　　　　．３２３　　　　　２３９　
　　　　．４２２５７４９Ｕ、２６１　　　　　．１９
５　　　　　２４４　　　　　．３００３ｍｌ　　ＩＬ
５”＝５分後の漏れ電流（第４，５表も同じ記号）＄２　１Ｌ　１０　＝１０分後の漏れ電流＊３　キャパ
シタンス（第４．５．１表も同じ記号）これらの結果から、組成物中の水のレベルが充填電解質
のエージング特性に臨界的であるという結論がなされた
。同様に、組成物７４９Ｕ中のリン酸塩のこん跡レベル
も、漏れ電流値がはるかに低い点で７４９Ｔに比べてプ
ラスの利益を示すように見える。

オープンカップ（ｏｐｅｎ　ｃｕｐ）シンチレーション
及びエージング特性７４９Ｕ処方の変化を混合物のオープンカップシンチレ
ーション特性と抵抗率に関して調べた。組成物は、次の
第３表に示すものであった。

第３表 □　□　□ ？９．２５ｄ　６２．５０ｗχ７４．５０−χ９．００
　１４．００　９．００６．００　１２．００　５．００４．７０　９，５０　９．５０１．００　２．００　２．００エチレングリコールットラヒＦロフルフリルアルコール水ジカルボン酸２８％アンモニア水これらの処方は、上記と同じ設計のコンデンサ部を処理
するのに使用した。この部を組み立て同じ仕方でエージ
ングした。最終電圧は、５７０Ｖであった。これらのコ
ンデンサの初期特性を測定し、下記第４表に示す平均値
を得た。

第４表ＩＬ　５　ａｈａ　　　ＣＡＰ　（μＦ）　　ＨＳＲオ
ーム７４９［１，１８９２４８，３０４８７４９Ｖ、１６２　　　　　２４９　　　　　　．１９
１３７４９Ｘ、１５９　　　　　２４４　　　　　　．
２２６０上記コンデンサを更に７０’Ｃオープン中６１
０ボルトで１６時間エージングした。再び、すべての単
位は、何らの電気的短絡発生もなくこの電圧にエージン
グ上昇した。したがって、これらの組成物の最終使用電
圧は、６１０ｖより大きい。完成単位を６００ｖ設計と
して測定した。充填電解質の各に対する平均値を第５表
に示す。

第５表ＩＬ　５　ｍａ　　　ＣＡＰ　（μＦ）　　ＥＳＲオー
ム１４９Ｕ、５９４　　　　　２５０　　　　　　　．
３２３１７４９Ｖ、５０７　　　　　２４９　　　　　
　　．２０８９次の第６表に示す組成物も調製した。

第６表エチレングリコール　　　　　　　　　６Ｂ、００テト
ラヒドロフルフリルアルコール　　９．００ジメチルア
セトアミド　　　　　　　　１２．００蒸留水　　　　
　　　　　　　　　　　６．００ジカルボン酸　　　　
　　　　　　　　４．２５ジメチルアミン　　　　　　
　　　　　　０．７５この混合物を最後にアミンを添加
後、６５°Ｃと９０°Ｃの間に加熱した。この組成物に
ついて測定した初期特性は：１）３０℃での抵抗率、■２８０オーム’　Ｃ１１２）
　　ｐＨ−９，６８３）　シンチレーション電圧　５００ｖである。

７００ｖ製造電圧（ｆｏｒｍｉｎｇ　ｖｏｌｔａｇｅ）
陽極箔及び組成物Ｂを用いてつくったコンデンサでは、
６１０ボルトの電圧までエージング損失はなかった。し
たがって、高い水濃度は、いっそう高い水レベルがいっ
そう低いオープンカップシンチレーション電圧をもたら
すという事実にもかかわらずコンデンサのエージング歩
どまり（ａｇｄ　ｙｉｅｌｄ）を改良するという結論が
得られた。

これらのコンデンサの試料を５５０ボルトの定格いっば
いの電圧で８５°Ｃで寿命試験し、次の第７表の結果を
得た：第７表０　　　　　２３３　　　　１００．００　　　　　０
．２６０　　　１００．００５００　　　　　２２４　
　　　　９７．１０　　　　　０．２７０　　　１０４
．８５１０００　　　　　２２３　　　　　９５．３８
　　　　　０．３００　　　１１７，５４７４９ｖ電解
質を用い、２４０　μＦのキャパシタンス、０．５１７
オームの２０ｋＨｚにおけるインピーダンス（ＩＭＰＵ
！、Ｄ）及び室温（２５°Ｃ）における０、２１７オー
ムの等価直列抵抗（ＩＥｓＲ）を有するコンデンサの５
５０ｖＤＣの低温特性を第１図に示す。

この図は横軸に温度を、（室温におけるそれぞれの値に
対する比として）インピーダンス（ＩＭＦ）、等価直列
抵抗（ＥＳＲ）及びキャパシタンス（ＣＡＰ）を縦軸に
示すグラフである。この図から分かるように、このコン
デンサは、−４０°Ｃのように低い温度でさえ有用であ
る。４５０ボルトで動作する、通常のグリコール充填電
解コンデンサは、はるかに高い温度、一般に約−２０°
Ｃより低くない温度でのみ有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の代表的な電解コンデンサの特性の
温度による変化を示すグラフである。特許出願人　　ノース　アメリカンフィリップス　コーポレーション

Claims

【特許請求の範囲】

１．両カルボン酸部分が少なくとも１４個の炭素原子に
より隔てられる直鎖飽和脂肪族ジカルボン酸を、少なく
とも１種の極性有機溶媒と、該有機溶媒の２〜４０重量
％の量の少なくとも水と、溶液を塩基性にするのに十分
な量のアンモニア又はアミンとの混合物中に含有する溶
液から本質的になる電解液を含浸した絶縁スペーサによ
り隔離されたアルミニウム陽極及び陰極部材をそなえる
、５００ボルトを超える使用に特に適する電解コンデン
サ。
２．両カルボン酸部分が少なくとも１４個の炭素原子に
より隔てられる直鎖飽和脂肪族ジカルボン酸を、エチレ
ングリコール、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルム
アミド及びブチロラクトンよりなる群から選ばれた少な
くとも１種の溶媒並びにテトラヒドロフルフリルアルコ
ール、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチル−アセトアミ
ド及びＮ−メチルホルムアミドよりなる群から選ばれた
少なくとも１種の溶媒の混合物である極性有機溶媒混合
物と、有機溶媒の４〜３０重量％の量の水と、溶液を塩
基性にするのに十分な量のアンモニア又はアミンとの混
合物中に含有する溶液から本質的になる電解液を含浸し
た絶縁スペーサにより隔離されたアミニウム陽極及び陰
極部材をそなえる、５００ボルトを超える使用に特に適
する電解コンデンサ。
３．溶液のｐＨが６．０〜１０．０である請求項１記載
のコンデンサ。
４．溶液が有機溶媒の０〜約５重量％の量のホウ酸塩を
含有する請求項３記載のコンデンサ。
５．溶液のｐＨが約７．０〜１０．０である請求項２記
載のコンデンサ。
６．溶液が有機溶媒の０〜約５重量％の量のホウ酸塩を
含有する請求項５記載のコンデンサ。
７．溶液がアンモニア、ジメチルアミン、ジエチルアミ
ン及びピペリジンよりなる群の中から選ばれた塩基を含
有する請求項６記載のコンデンサ。
８．溶液が０〜約１０重量％のリン酸を含有する請求項
６記載のコンデンサ。
９．極性有機溶媒が大量のエチレングリコールと少量の
テトラヒドロフルフリルアルコールよりなる請求項８記
載のコンデンサ。
１０．極性有機溶媒が大量のエチレングリコールと、少
量のテトラヒドロフルフリルアルコールと、少量のジメ
チルアセトアミドよりなる請求項７記載のコンデンサ。
１１．ジカルボン酸が約５６５の分子量を有し、両カル
ボン酸部分が３４個の−ＣＨ＿ｚ−基により隔てられる
請求項９記載のコンデンサ。
１２．ジカルボン酸が約５６５の分子量を有し、両カル
ボン酸部分が３４個の−ＣＨ＿ｚ−基により隔てられる
請求項１０記載のコンデンサ。
１３．両カルボン酸部分が３４個の−ＣＨ＿ｚ−基によ
り隔てられ、約５６５の分子量を有する直鎖飽和脂肪族
ジカルボン酸約３〜５重量％を、重量で約６５〜７０％
のエチレングリコール、７〜１０％のテトラヒドロフル
フリルアルコール、１０〜１６％のジメチルアセトアミ
ド、４〜８％の水及び０．６〜１．０％のジメチルアミ
ンの混合物中に含有する溶液より本質的になる電解液を
含浸した絶縁スペーサにより隔離されたアルミニウム陽
極及び陰極部材をそなえる、５００ボルトを超える使用
に特に適する電解コンデンサ。
１４．両カルボン酸部が３４個の−ＣＨ＿ｚ−基により
隔てられ、約５６５の分子量を有する直鎖飽和脂肪族ジ
カルボン酸約２〜４重量％を、重量で約８０〜９０％の
エチレングリコール、８〜１０％のテトラヒドロフルフ
リルアルコール、４〜１０％の水及び０．２０〜０．７
５％のアンモニアの混合物中に含有する溶液より本質的
になる電解液を含浸した絶縁スペーサにより隔離された
アルミニウム陽極及び陰極部材をそなえる電解コンデン
サ。