JPH0325911A - 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、更に
詳しくは、独特の＃ｆ遣の化合物を電解液に溶解させる
ことにより、静電容量の減少の抑制、使用温度範囲の拡
大並びに耐電圧の向上を図る電解コンデンサの改良に関
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
な構成要素の一つであり、一般に表面を電解酸化によっ
て酸化皮膜に変えたアルミニウムフイルムを陽極とし、
この酸化皮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， 電解コンデンサは、使用中に化学反応を行わせながら常
に誘電体酸化皮膜を再生しつつ使用するものであるため
、表面を酸化皮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１！体とす
るアルミニウム酸化皮膜を良好に保持することが性能の
安定化に重要である． ｔｈ＃コンデンサの使用中に進行する化学反応において
、電解液はイオンの移動の媒体たるイオン伝導体を形或
する．電解液と電極との界面では電極反応の進行によっ
て電荷が移動し、ｌＩｌ極面では酸化反応が、＃極面で
は還元反応が進行し、それと共にイオン伝導体たる電解
液の中をイオンが移動して電流が流れる．したがって、
電解液の電気伝導度の逆数である比抵抗は、電解コンデ
ンサの使用中に進行する化学反応におけるイオン伝導体
たる電解液の特性を反映する．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（火花電圧）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（火花電圧）が高い程コンデンサの
耐電圧性が大きいことを示す．火花電圧は、簡便には、
適当な大きさの未化成アルミニウム箔を測定しようとす
る電解液に浸した状態で、最終コンデンサ製品まで組み
上げることなく測定することができる． 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
的変化を避け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ないこを示す．
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．Ｔｈ
解コンデンサの外観不良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、
化学反応速度は温度に依存するため低温側ではそれほど
問題にならないことが多いが高温側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． 従来の電解コンデンサには、エチレングリコールに五ホ
ウ酸アンモニウムを溶解したものが広く使用されていた
が、この種の電解コンデンサは、静電容量、誘電正接、
漏れ電流等に反映されるコンデンサの特性が特に低温側
で著しく低下するという欠点があった。また、例えば、
米国特許第３，５４６，　１１９号に開示された電解コ
ンデンサ用電解液は、非プロトン溶媒であるγ−ブチロ
ラクｌ・ンを主溶媒としこれに副溶媒としてエチレング
リコールを添加した溶媒に、ホウ酸とトリーｎ−ブチル
アミンとを溶解させたものであるが、これを用いる電解
コンデンサでは低温特性はかなり良好なものの、１３０
゜Ｃでのライフ特性が悪く高温安定性に大きく欠け、コ
ンデンサの特性を広い温度範囲で一定に維持できずこれ
らの解決が望まれていた．一般に、プロトン系溶媒に溶
解した電解液の使用温度範囲は−４０〜１０５℃程度で
あり、電解コンデンサに対する近年の低温化および高温
化の要求の高度化に対応できなくなっている． このような欠点を解消すべく、本出願人は既に特願昭６
３−　２７７３９２号において、陰イオン部分を１，６
−デカンジカルボンａｔたは２．５−デカンジカルボン
酸とし、陽イオン部分を所定の４級アンモニウムとする
電解液を提案したが、１，６−デカンジカルボン酸を用
いた電解液は、特にエチレングリコールのような多価ア
ルコール溶媒を使用すると、長時間の使用に際して静電
容量の減少が認められることがあり、これが大きな欠点
として挙げられることが判明した． ［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、静電容量の減少の抑制、使用温度範囲の拡大
並びに耐電圧の向上を可能とする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、非プロトン溶媒を主溶媒とする溶媒に
次の式の陰イオン化合物の４級アンモニウム塩を溶解さ
せたことを特徴とする電解コンデンサ用電解液（式中、
Ｒｌは炭素数１〜５のアルキル基であり、Ｒ２は炭素数
１〜４のアルコキシル基である）：が提供される． 電解液の溶質とする前記陰イオン化合物は、本出願人に
よる特願昭６３−　２７７３９２号の１，６−デカンジ
カルボン酸に代るものであり、この溶質を４級アンモニ
ウム化することにより、非プロトン系溶媒を主溶媒とす
る電解液を実現することができる． 本発明の陰イオン化合物には、例えば次のような分子種
が包含される： ７．７−フェニルメトキシナノン酸、 ７，７−フェニルメトキシデカン酸、 Ｏ　Ｃ　Ｈ　ｓ ７．７−フェニルメトキシオクタン酸、７，７−フエニ
ルエトキシオクタン酸、７．７−フェニルプロポキシオ
クタン酸．４級アンモニウム塩の陽イオン部分が次の式
のアルキルアンモニウム、アザシクロアルカニウム、１
−アザビシクロ［ｎ．ｍ．ｐ］アルカニウム並びにスピ
ロニ環性アンモニウムよりなる群から選択されれば好適
である（式中、Ｒｌ　、Ｒ２　、Ｒ３並びにＲ４は炭素
数１〜１５のアルキル基またはアリール基であり、いず
れも環内にアルキル置換基が存在し得る）： （ｎ． ｍ　， Ｒ１ ｌ ｐ＝２〜５） Ｒ’ Ｊ Ｒ”　　−Ｎ”　　−Ｒ’ Ｒ３ （Ｈ，ｍ＝２〜５） 本発明の４級゛アンモニウム塩の陽イオン部分には、例
えば次の分子種が包含される：（ｎ＝４〜７ ） テトラメチルアンモニウム、 トリエチルメチルアンモニウム、 ＣＨ３ １ −メチル−１−アザビシクロ ［２． Ｎ， Ｎ−ジメチルビ口リジニウム、 ヘプタン、 １−スビロビビロリジニウム Ｎ， Ｎ−ジメチルビペリジニウム、 ＣＨ． １ １−スビロビピペリジニウム １−メチル− １ 一アザビシクロ［２． ２． ２１ オクタン、 スビ口ビベリジン１．１−ピロリジニウム．前記したよ
うにして構成する塩を電解質として溶解するに際し、そ
の濃度を０．１〜３０重量％とすれば好適であり、その
濃度を１〜２０重量％とすれば更に好適である。

非プロトン溶媒を、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−
ジメチルホルムアミド、Ｎ一エチルホルムアミド、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一エチルアセトアミ
ド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセ１〜アミド、γ−プチロラク
トン、Ｎ−メチル−２−ビロリドン、エチレンカーボネ
ート、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホオキシ
ド並びにアセトニトリルよりなる群から選択すれば好適
である． 副溶媒を、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、フエ
ニルグリコール、グリセリン、エリスリトール並びにヘ
キシトールよりなる群から選択される多価アルコール溶
媒、またはメチルセルソルブ、エチルセルソルブよりな
る群から選択されるアルコール工一テル溶媒とすれば好
適である． その他、前記した溶質と溶媒とからなる電解液に対し、
有機変性シリコーンオイルを、好ましくは１〜１０重量
％添加して、更に良好な電解コンデンサ用電解液を提供
することもできる． ［作用］ 本発明が開示した特定の塩からなる電解質を、主溶媒が
非プロトン溶媒であって実質的に水を含有しない溶媒に
溶解して電解コンデンサ用電解液を作成するに際して、
この溶質一溶媒の組合せによりどのような作用が発揮さ
れるのかその作用ａ構自体は明らかではない．しかしな
がら、従来のエチレングリコールに五ホウ酸アンモニウ
ムを溶解した電解液、あるいは非プロトン溶媒を主体と
するものであっても本発明が開示した特定の陰イオン部
分および陽イオン部分からなる塩を含有しない電解液と
異り、本発明の電解コンデンサ用電解液は電解コンデン
サの陽極、陰極、アルミニウム酸化皮膜誘電体並びに電
解液から構成される電気化学的反応系の化学的定常状態
の安定化に何らかの寄与をしているものと推定される． 陽イオン部分を前記した特定の形態とすることにより、
非プロトン系溶媒の使用を可能とすることができる．更
に、有機変性シリコーンオイルを添加することにより、
アルミニウム酸化皮膜がより有効に保護されると推定さ
れる．

Claims (2)

【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、非プロトン溶媒を主溶媒とする溶媒に次の式の陰
   イオン化合物の４級アンモニウム塩を溶解させたことを
   特徴とする電解コンデンサ用電解液（式中、Ｒ＾１は炭
   素数１〜５のアルキル基であり、Ｒ＾２は炭素数１〜の
   アルコキシル基である）： ▲数式、化学式、表等があります▼
2. （２）４級アンモニウム塩の陽イオン部分が次の式のア
   ルキルアンモニウム、アザシクロアルカニウム、１−ア
   ザビシクロ［ｎ．ｍ．ｐ］アルカニウム並びにスピロニ
   環性アンモニウムよりなる群から選択される請求項１記
   載の電解コンデンサ用電解液（式中、Ｒ＾１、Ｒ＾２、
   Ｒ＾３並びにＲ＾４は炭素数１〜１５のアルキル基また
   はアリール基であり、いずれも環内にアルキル置換基が
   存在し得る）： ▲数式、化学式、表等があります▼