JPH0355971B2 - - Google Patents

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JPH0355971B2
JPH0355971B2 JP61309786A JP30978686A JPH0355971B2 JP H0355971 B2 JPH0355971 B2 JP H0355971B2 JP 61309786 A JP61309786 A JP 61309786A JP 30978686 A JP30978686 A JP 30978686A JP H0355971 B2 JPH0355971 B2 JP H0355971B2
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lithium
cathode
capacitor
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

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  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、陽極に弁金属を用いその表面に誘
電体酸化皮膜層を形成し、電解液を介して陰極の
リチウムと対抗した構造を有する弁金属−リチウ
ムコンデンサの製造方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] This invention has a structure in which a valve metal is used as an anode, a dielectric oxide film layer is formed on its surface, and it opposes the lithium of the cathode through an electrolyte. The present invention relates to a method for manufacturing a valve metal-lithium capacitor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

アルミニウム、タンタル、チタン、ニオブなど
酸化処理によつてその表面に絶縁性の酸化皮膜が
形成される金属、すなわち弁金属(バルブメタル
あるいはバリアメタルとも称される)は、形成さ
れる酸化皮膜が絶縁性でかつ極めて薄いことか
ら、コンデンサの誘電体として用いられる。この
原理を利用したものが電解コンデンサといわれる
もので、具体例を挙げればアルミニウムを陽極に
用い、その表面に陽極酸化処理により誘電体とな
る酸化アルミニウム層を形成し、液体電解質を介
して陰極側の皮膜形成されていないアルミニウム
電極と対抗させてコンデンサ素子を形成し、外装
ケースに収納して外部との電機的接続を得るため
に引出しリードをとり付けている。
Metals such as aluminum, tantalum, titanium, and niobium that have an insulating oxide film formed on their surface through oxidation treatment, that is, valve metals (also referred to as valve metals or barrier metals), have an insulating oxide film formed on their surfaces. Because it is flexible and extremely thin, it is used as a dielectric material in capacitors. A device that utilizes this principle is called an electrolytic capacitor.To give a specific example, aluminum is used as an anode, and an aluminum oxide layer is formed as a dielectric on the surface by anodizing treatment, and the cathode side is passed through a liquid electrolyte. A capacitor element is formed in opposition to the aluminum electrode on which no film is formed, and is housed in an exterior case, and a lead is attached to it for electrical connection with the outside.

この電解コンデンサは、酸化皮膜の誘電率が約
30前後と高く、かつ皮膜の厚さが1Vあたり10な
いし30Å程度と極めて薄いため小型で高静電容量
のコンデンサが得られる。
This electrolytic capacitor has an oxide film with a dielectric constant of approximately
It is high at around 30 Å, and the film thickness is extremely thin at around 10 to 30 Å per volt, making it possible to obtain small capacitors with high capacitance.

ところで、この電解コンデンサの場合、使用電
圧が数ボルト前後と低い場合、陰極に用いられる
アルミニウムの表面に形成された自然酸化皮膜の
ために、コンデンサは誘電体層が陽極、陰極に直
列に接続された形となつて、その合成容量が静電
容量となるために所望の静電容量値よりはるかに
低い値しか得られなくなる。
By the way, in the case of this electrolytic capacitor, when the working voltage is low, around several volts, the dielectric layer of the capacitor is connected in series with the anode and cathode due to the natural oxide film formed on the surface of the aluminum used for the cathode. Since the combined capacitance becomes capacitance, a capacitance value far lower than the desired value can be obtained.

この欠点を改良したものとして、例えば特開昭
61−184812号公報のように、陰極にリチウムを用
いたコンデンサがある。このコンデンサは陰極に
リチウムまたはその合金を用いたために、陰極表
面に自然酸化皮膜による絶縁層が形成されないの
で、合成容量を形成せず、静電容量の低下を防止
できる。またリチウム自体負の電位の持つことか
ら、誘電体酸化皮膜の耐電圧の一部を受け持ち、
誘電体酸化皮膜を薄く形成して静電容量を増大さ
せることになる。
As an improvement on this drawback, for example,
There is a capacitor using lithium as a cathode, as disclosed in Japanese Patent No. 61-184812. Since this capacitor uses lithium or its alloy for the cathode, an insulating layer of natural oxide film is not formed on the surface of the cathode, so a composite capacitance is not formed and a decrease in capacitance can be prevented. In addition, since lithium itself has a negative potential, it is responsible for part of the withstand voltage of the dielectric oxide film.
The capacitance is increased by forming a thin dielectric oxide film.

第2図は従来の弁金属−リチウムコンデンサの
構造をあらわしたもので、アルミニウム等の弁金
属からなる陽極体1が中央部に配置されている。
この陽極体1は、箔状の弁金属を巻回したもの、
あるいは粉末弁金属をバインダーとともに加圧成
形し、その後焼成してバインダーを飛散させて多
孔質構造としたいわゆる焼結型であるものが用い
られる。
FIG. 2 shows the structure of a conventional valve metal-lithium capacitor, in which an anode body 1 made of a valve metal such as aluminum is arranged in the center.
This anode body 1 is made by winding a foil-shaped valve metal.
Alternatively, a so-called sintered type is used in which powdered valve metal is pressure-molded together with a binder and then fired to scatter the binder to create a porous structure.

この陽極体1の外周面にイオン透過性の多孔質
のセパレータ2を介して、陽極体1の外周を取り
囲むように、箱状の陰極3が配置されている。
A box-shaped cathode 3 is disposed on the outer peripheral surface of the anode body 1 so as to surround the outer periphery of the anode body 1 with an ion-permeable porous separator 2 interposed therebetween.

この陰極3はリチウム自体あるいは、リチウム
と他の金属との合金、さらには他の金属の表面に
リチウムをドーピングしたものなどが用いられ
る。そして、これら陽極体1、セパレータ2、陰
極3で構成されるコンデンサ素子部4には、プロ
ピレンカーボネート、ブチロラクトン等の溶媒
に、リチウムイオンを含む無機、有機、有機金属
アニオンが存在する非水電解液が浸漬されてい
る。
This cathode 3 is made of lithium itself, an alloy of lithium and another metal, or another metal whose surface is doped with lithium. The capacitor element part 4 composed of the anode body 1, the separator 2, and the cathode 3 contains a non-aqueous electrolyte in which inorganic, organic, or organometallic anions including lithium ions are present in a solvent such as propylene carbonate or butyrolactone. is immersed.

このコンデンサ素子部4は、外装ケース5に収
納され、外装ケース5の開口部は封口部材6によ
り密閉がなされている。
This capacitor element section 4 is housed in an exterior case 5, and the opening of the exterior case 5 is sealed with a sealing member 6.

なお、陽極体1および陰極3には、外部との電
気的接続を得るために、リード7,8が各々取り
付けられており、これらリード7,8は、前記封
口部材6に設けられた貫通孔より外部に引き出さ
れている。
Note that leads 7 and 8 are attached to the anode body 1 and the cathode 3, respectively, in order to obtain electrical connection with the outside, and these leads 7 and 8 are connected to the through holes provided in the sealing member 6. It is brought out more to the outside.

このような従来の弁金属−リチウムコンデンサ
は、陰極3が水分を極端に嫌うリチウム自体、も
しくはリチウムを含む金属で形成されているの
で、水分の進入や吸湿を防止するためにドライボ
ツクス中で一連の組立作業をおこなわなければな
らず、作業性を悪くする原因となつていた。また
素子構成が複雑でコンデンサ素子部4の組立に時
間がかかることも製造上の問題であつた。さらに
は、陽極体1の外周部にセパレータ2を介して陰
極3を配置して用いていたので、陰極3の部分だ
け外形が大きくなり小型化を防げてもいた。
In such conventional valve metal-lithium capacitors, the cathode 3 is made of lithium itself, which is extremely sensitive to moisture, or a metal containing lithium. assembly work had to be performed, which resulted in poor workability. Another problem in manufacturing was that the element configuration was complicated and it took time to assemble the capacitor element section 4. Furthermore, since the cathode 3 was disposed on the outer periphery of the anode body 1 with the separator 2 interposed therebetween, the external size of the cathode 3 was increased, which prevented miniaturization.

なお、図示はしないが陰極3は、円筒状陽極体
1の円形端面底部に配置しても良い。また周縁、
底面の双方へ陰極3を配置しても良いが、この時
はコンデンサ素子の組立はさらに複雑になり、し
かも外形もさらに大きくなつてしまう。
Although not shown, the cathode 3 may be arranged at the bottom of the circular end face of the cylindrical anode body 1. Also, the periphery,
Although the cathode 3 may be placed on both sides of the bottom surface, in this case, the assembly of the capacitor element becomes more complicated and the outer size becomes even larger.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

この発明は、従来のこのような欠点を改良し、
小型でかつ製造容易な弁金属−リチウムコンデン
サの製造方法を提供することを目的としたもので
ある。
This invention improves these conventional drawbacks and
The object of the present invention is to provide a method for manufacturing a valve metal-lithium capacitor that is small and easy to manufacture.

〔問題点を解決するための手段〕 この発明は、誘電体酸化皮膜を持つコンデンサ
が、その誘電体酸化皮膜の欠陥から漏れ電流が流
れる現象に着目し、漏れ電流を減少させるために
行うエージングの電流を利用して陰極のリチウム
層を形成するもので、表面に誘電体酸化皮膜層が
形成された弁金属からなる陽極体を、リチウムイ
オンを含む非水電解液とともに金属ケースに収納
し、ケース開口部を密閉した後電圧を印加してエ
ージングをおこない、このエージング電流で前記
金属ケース内面にリチウムを析出させることを特
徴としている。
[Means for Solving the Problems] The present invention focuses on the phenomenon in which leakage current flows from defects in the dielectric oxide film of a capacitor having a dielectric oxide film, and proposes an aging method to reduce the leakage current. The lithium layer of the cathode is formed using electric current, and the anode body made of valve metal with a dielectric oxide film layer formed on the surface is housed in a metal case together with a non-aqueous electrolyte containing lithium ions. After the opening is sealed, aging is performed by applying a voltage, and the aging current causes lithium to be deposited on the inner surface of the metal case.

〔作用〕[Effect]

第1図はこの発明の弁金属−リチウムコンデン
サの断面図をあらわしたものである。
FIG. 1 shows a sectional view of a valve metal-lithium capacitor of the present invention.

第1図に示すように箔状の高純度アルミニウム
を巻回し円筒形にした陽極体10の外周を多孔質
のセパレータ12で覆い、プロピレンカーボネー
ト、ブチロラクトン等の溶媒に、リチウムイオン
を含む無機、有機、有機金属アニオンが存在する
非水電解液とともに、アルミニウム製の有底筒状
の外装ケース13に収納し、外装ケース13の開
口端を合成ゴムからなる円盤状の封口部材16で
密閉する。
As shown in FIG. 1, the outer periphery of the anode body 10, which is made of foil-shaped high-purity aluminum wound into a cylindrical shape, is covered with a porous separator 12. , and a non-aqueous electrolyte containing organometallic anions are housed in a bottomed cylindrical outer case 13 made of aluminum, and the open end of the outer case 13 is sealed with a disc-shaped sealing member 16 made of synthetic rubber.

このとき陽極体10を形成するアルミニウム箔
はあらかじめ拡面化のためエツチング処理が施さ
れ、さらに陽極酸化処理によつて誘電体酸化皮膜
層が形成されている。そして、陽極体10の上端
面には、外部との電気的接続を得るためタブ11
が取り付けられ、その端部には陽極リード線17
が接続されている。この陽極リード線17は、封
口部材16に穿たれた透孔から外部に突出してい
る。同様に外装ケース13の底面外部にも陰極リ
ード線15が陰極引出しのため、溶接等の手段で
接続されている。
At this time, the aluminum foil forming the anode body 10 has been previously etched to enlarge its surface, and further a dielectric oxide film layer is formed by anodic oxidation. A tab 11 is provided on the upper end surface of the anode body 10 for electrical connection with the outside.
is attached, and an anode lead wire 17 is attached to its end.
is connected. This anode lead wire 17 protrudes to the outside from a through hole bored in the sealing member 16. Similarly, a cathode lead wire 15 is connected to the outside of the bottom surface of the exterior case 13 by means such as welding for drawing out the cathode.

このようにして組み立てられた弁金属−リチウ
ムコンデンサは、直流電源のプラス側を陽極リー
ド線17に、マイナス側を陰極リード線15側に
接続してエージングをおこない、このエージング
時に誘電体酸化皮膜の欠損部を電気化学的に修復
する際流れる電流、すなわち漏れ電流によつてリ
チウムを外装ケース13の内面部にドーピングし
てリチウム陰極層14をエージングと同時に形成
するものである。
The valve metal-lithium capacitor assembled in this way is aged by connecting the positive side of the DC power supply to the anode lead wire 17 and the negative side to the cathode lead wire 15. During this aging, the dielectric oxide film is Lithium is doped into the inner surface of the outer case 13 by a current flowing when a defect is electrochemically repaired, that is, a leakage current, and a lithium cathode layer 14 is formed at the same time as aging.

〔実施例〕 この発明の実施例として、厚さ90μmの孔純度
アルミニウム箔をエツチングし、この表面に陽極
酸化反応により、3.5Vで誘電体酸化−を形成し
た。このアルミニウム箔を帯状に切断して巻回
し、陽極体10を形成した。なおこのアルミニウ
ム箔の略中央部にタブ11として先端部を偏平に
加工したアルミニウム棒を前記偏平部が電極箔に
当接するように配置し、ステツチ処理により電気
的に接続をおこなつている。
[Example] As an example of the present invention, a hole-purity aluminum foil with a thickness of 90 μm was etched, and a dielectric oxide was formed on the surface by an anodic oxidation reaction at 3.5V. This aluminum foil was cut into strips and wound to form the anode body 10. An aluminum rod with a flattened tip as a tab 11 is placed approximately in the center of this aluminum foil so that the flattened portion abuts the electrode foil, and electrical connection is made by stitching.

次に、この陽極体10を厚さ40μmの電解コン
デンサ用セパレータ紙12で覆い、その終端をポ
リビニルアルコールで固着し、250℃で10分間乾
燥させた後、プロピレンカーボネートに1Mol/
濃度でほう弗化リチウム(LiBF4)を溶解させ
た電解液を含浸した。この素子を有底筒状のアル
ミニウムケース13に収納し、弾性ゴム部材で開
口部を密閉した。
Next, this anode body 10 was covered with a separator paper 12 for electrolytic capacitors with a thickness of 40 μm, the ends of which were fixed with polyvinyl alcohol, and after drying at 250°C for 10 minutes, 1Mol/1M of propylene carbonate was added to the anode body 10.
It was impregnated with an electrolyte solution in which lithium borofluoride (LiBF 4 ) was dissolved at a certain concentration. This element was housed in a bottomed cylindrical aluminum case 13, and the opening was sealed with an elastic rubber member.

次にこのコンデンサに直流電源から6Vで4時
間通電した結果、静電容量22000μFのコンデンサ
が得られた。
Next, this capacitor was energized for 4 hours at 6V from a DC power supply, resulting in a capacitor with a capacitance of 22,000μF.

なお、この実施例では陽極体としてアルミニウ
ムを用いたが、陽極体材料はアルミニウムに限ら
れるものではなく、タンタル、ニオブ、ジルコニ
ウム、チタン等の他の弁金属を用いることもでき
る。
Although aluminum was used as the anode body in this embodiment, the material of the anode body is not limited to aluminum, and other valve metals such as tantalum, niobium, zirconium, and titanium can also be used.

また、陽極体構造として、実施例では箔状の金
属を巻回したものを挙げたが、これは弁金属粉末
を焼結させた多孔質体であつても勿論差支えな
い。また陽極体形状についてもこの実施例の円筒
状に限定されるものではなく、対峙する外装ケー
スの内面に沿うものであれば角柱状、直方体等で
もよい。
In addition, although the anode body structure is one in which a foil-like metal is wound in the embodiment, it is of course possible to use a porous body made by sintering valve metal powder. Further, the shape of the anode body is not limited to the cylindrical shape of this embodiment, but may be a prismatic shape, a rectangular parallelepiped, etc. as long as it follows the inner surface of the facing exterior case.

〔発明の効果〕 以上述べたように、この発明によれば弁金属を
陽極体に用い、金属ケース内部に電解液とともに
収納密閉後、エージングの際の漏れ電流を利用し
て、金属ケース内面にリチウム陰極層をドーピン
グ析出させるので、水分の存在を極度に謙うリチ
ウム陰極を製造工程中で扱う必要がない。そして
工程では、電解液自体とその含浸時のみ吸湿を防
止すれば良く、他の工程にドライボツクスなどの
設備を設置することなくおこなうことができるの
で、工程設備を簡素化できる。またエージングと
リチウム陰極形成が同時にできるので組立時間を
短縮させることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a valve metal is used as an anode body, and after being stored and sealed inside a metal case together with an electrolyte, leakage current during aging is used to inject the valve metal into the inner surface of the metal case. Since the lithium cathode layer is doped and precipitated, there is no need to handle the lithium cathode, which minimizes the presence of moisture, during the manufacturing process. In the process, it is only necessary to prevent moisture absorption during the electrolyte itself and its impregnation, and this can be done without installing equipment such as a dry box in other processes, so the process equipment can be simplified. Furthermore, since aging and lithium cathode formation can be performed simultaneously, assembly time can be shortened.

また、陰極を従来のコンデンサのように別途設
置する必要がないので、コンデンサの小型化を図
ることが出来る。
Furthermore, since there is no need to separately install a cathode unlike in conventional capacitors, the capacitor can be made smaller.

さらに、この発明の方法によれば、コンデンサ
内部への水分の侵入の可能性が低く、陰極である
リチウム層の劣化が防止され、コンデンサの特性
を長期間にわたつて安定して維持でき、長寿命の
信頼度の高い弁金属−リチウムコンデンサが得ら
れる。
Furthermore, according to the method of this invention, there is a low possibility of moisture intrusion into the capacitor, and deterioration of the lithium layer that is the cathode is prevented, and the characteristics of the capacitor can be stably maintained over a long period of time. A valve metal-lithium capacitor with a long and reliable life can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の弁金属−リチウムコンデン
サの構造をあらわした断面図、第2図は従来の弁
金属−リチウムコンデンサの構造をあらわした断
面図である。 1,10……陽極体、2,12……セパレー
タ、3……陰極、4……コンデンサ素子部、5,
13……外装ケース、6,16……封口部材、
7,8……リード、11……タブ、14……リチ
ウム陰極層、15……陰極リード線、17……陽
極リード線。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a valve metal-lithium capacitor of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a conventional valve metal-lithium capacitor. 1, 10... Anode body, 2, 12... Separator, 3... Cathode, 4... Capacitor element portion, 5,
13... Exterior case, 6, 16... Sealing member,
7, 8... Lead, 11... Tab, 14... Lithium cathode layer, 15... Cathode lead wire, 17... Anode lead wire.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 表面に誘電体酸化皮膜層が形成された弁金属
からなる陽極体を、リチウムイオンを含む非水電
解液とともに金属ケースに収納し、ケース開口部
を密閉し電圧を印加してエージングをおこない、
このエージング電流によつて前記金属ケース内面
にリチウム陰極を析出させることを特徴とする弁
金属−リチウムコンデンサの製造方法。
1. An anode body made of a valve metal with a dielectric oxide film layer formed on its surface is housed in a metal case together with a nonaqueous electrolyte containing lithium ions, the opening of the case is sealed, and a voltage is applied to perform aging.
A method for manufacturing a valve metal-lithium capacitor, characterized in that a lithium cathode is deposited on the inner surface of the metal case by this aging current.
JP61309786A 1986-12-24 1986-12-24 Manufacture of non-metal-lithium capacitor Granted JPS63160321A (en)

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