JPH0325912A - 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Ｓ造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ィルムを陽極とし、
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、誘電体とする
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． 電解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、陽極面では酸化反応が、陰極面では還元
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
電率の変化か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．電解
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測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じ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、Ｗ？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−プチ
ロラクト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−プチル
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
℃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、プロトン一系溶媒に溶
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
−デカンジカルボン酸または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ｉＶｔ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、
Ｒは炭素数１〜５のアルキル基である）：−　ＯＯＣ　
　（ＣＨ２　）６　　ＣＨ　　ＣＯＯ−■ Ｒ が提供される．なお、Ｒを炭素数１〜４のアルコキシ基
とするこどもできる． 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： −　ＯＯＣ−　（ＣＨ２　）．−ＣＨ−ＣＯＯ−Ｉ ＣＨ． １，７−オクタジカルボン酸（Ｃ＝１）、−　ＯＯＣ−
　（ＣＨ２　）．−ＣＨ−ＣＯＯ−Ｃ　Ｈ　２　Ｃ　Ｈ
　ｓ １．７−ナノンジカルボン酸（Ｃ＝２）、”’　ＯＯＣ
　　（ＣＨ２　）ｂ　　ＣＨ　　ＣＯＯ−ＣＨ２　ＣＨ
２　ＣＨｓ １．７−デカンジカルボン酸（Ｃ＝３＞．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）： ＲＩ Ｉ Ｒ２　　　Ｎ＋　　Ｒ４ Ｉ Ｒ３ （ｎ＝４〜７） （ｎ，ｍ，　　ｐ ２〜５） （ｎ，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：Ｃ　Ｈ　ｓ δ Ｎ，Ｎ−ジメチルビベリジニウム、 Ｃ　Ｈ　ｓ １ テトラメチルアンモニウム、 Ｃ　Ｈ　３ １ トリエチルメチルアンモニウム、 １−メチル−１−アザビシクロ［２．２．２］オクタン
、 Ｃ　Ｈ　ｓ ｌ Ｎ，Ｎ−ジメチルビロリジニウム、 １−メチル−１−アザビシク口［２．２．１］へブタン
、 １．１−スピ口ビピ口リジニウム １，１−スビロビビベリジニウム スピロピペリジン１．１−ピロリジニウム，前記したよ
うにして椙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−ジェチルホルムアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、
Ｎ，Ｎ一ジメチルアセトアミド、Ｎ一エチルアセトアミ
ド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、γープチロラクト
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、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エー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或するに際して、
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
れるのかその作用機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
解液から構威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は炭素数
   １〜５のアルキル基である）： ▲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▼ （ｎ，ｍ＝２〜５）