JPH04103636U - 弁金属−リチウムコンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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
した弁金属−リチウムコンデンサの小型化と生産効率を
挙げる。 【構成】 弁金属の表面に誘電体酸化皮膜を形成した陽
極体を、陽極と陰極とを分離するセパレータおよび電解
液とともに、内面にリチウム層が形成されたアルミニウ
ムケースに収納し、ケース開口部を密閉する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、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弁金属−リチウムコンデンサに関するも のである。

【０００２】

【従来の技術】

アルミニウム、タンタル、チタン、ニオブなど酸化処理によってその表面に絶 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、この酸化皮膜が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した構造を有して いる。

【０００３】 この電解コンデンサは、酸化アルミニウム皮膜の誘電率が約３０前後と高く、 かつ皮膜の厚さが１Ｖあたり１０ないし３０オングストローム程度と極めて薄い ため小型で大きな静電容量のコンデンサが得られる。

【０００４】 ところで電解コンデンサの場合、使用電圧が数ボルトもしくはそれ以下と低い とき、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って、その合成 容量が静電容量となるので、特に低電圧領域での使用においては所望の静電容量 値よりはるかに低い値しか得られない欠点があった。

【０００５】 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 ム自体負の電位を持つことから、誘電体酸化皮膜の耐電圧の一部を受け持ち、見 掛けの使用電圧を高めることができるので、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ができる特長がある。

【０００６】 図２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 結型などであってもよい。

【０００７】 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、箔状の陰極３が配置されている。

【０００８】 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、γ−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。

【０００９】 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。

【００１０】 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が各々取りつけられており、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。

【００１１】 このように従来の弁金属−リチウムコンデンサは、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 くなり小型化を妨げていた。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。さらには陰極３は水分を極端に嫌うリチウム自体かリチウム を含む金属で形成されているので、水分を進入を防止するドライボックス中で組 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っていた。

【００１２】 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る。

【００１３】

【考案が解決しようとする課題】

この考案は、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を提供することを目的としたものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

この考案は、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、 陽極体と対峙するリチウム層とを分離保持するためのセパレータと、リチウムイ オンを含む電解液とともに、内面にリチウム層が形成されたアルミニウムケース に収納し、ケース開口部を密閉したことを特徴としている。

【００１５】 この考案では、陽極体と陰極であるアルミニウムケースの内面のリチウム層が セパレータ紙を介して対峙し、コンデンサを形成することになる。また外部との 電気的接続は、陽極側は陽極体に接続された陽極タブ通じ、その先端に接続され た陽極リード線で、陰極側はアルミニウムケースに接続された陰極リード線でお こなうことができる。

【００１６】 なお、陽極体は、アルミニウムによるものの他、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。

【００１７】 また、陽極体構造として、以下に挙げる実施例では箔状の金属を巻回したもの を示しているが、これは弁金属粉末を焼結させた多孔質体であっても勿論差支え 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。

【００１８】 さらに、実施例では外装ケース内面のリチウム層形成にドーピング処理による リチウム層を形成したものを例示したが、これについても、リチウム層は、例え ばアルミニウムとリチウムとのクラッド材で内面にリチウムがあらわれるように ケースを形成してもよいし、リチウムとアルミニウムもしくは他の金属との合金 を外装ケースとして用いてもこの考案の目的は達することができる。

【００１９】

【作用】

この考案によれば、リチウムまたはその合金からな陰極をケース内部に別個に 設置する必要がなく、通常のコンデンサなどの製造と同じように、コンデンサ素 子を外装ケースに収納する作業のみでコンデンサを組み立てることができる。 しかも外装ケース内にリチウム陰極がないので小形化が図れる。

【００２０】

【実施例】

以下実施例に基づきこの考案を詳細に説明する。 図１は、この考案の弁金属−リチウムコンデンサの構造をあらわした断面図で ある。

【００２１】 図において、陽極体１０は箔状のアルミニウムを巻回して円筒状に形成したも のである。この陽極体１０の箔状のアルミニウムはその表面が拡面化のため電解 エッチング処理がなされており、さらにその表面には陽極酸化処理によって誘電 体酸化皮膜層が形成されている。この実施例では厚さ８０μｍの高純度アルミニ ウム箔を用い、表面を電解エッチングにより拡面化した後、陽極酸化電圧４Ｖで 誘電体層を形成したものを短冊状に切断したものを巻回して構成した。なおこの アルミニウム箔の略中央部に陽極タブ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、ステッチ処理により電 気的な接続をおこなっている。この陽極タブ１１の外方の先端には、陽極リード 線１７が接続されている。

【００２２】 次に、この陽極体１０を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 ンカーボネート溶媒に１Ｍのホウ弗化リチウム（ＬｉＢＦ₄ ）を溶解させた電解 液を含浸し、直径１２．５ｍｍ、高さ１５ｍｍの有底筒状のアルミニウムケース １３に収納した。

【００２３】 なお、このアルミニウムケース１３は、あらかじめリチウムイオンを含む溶液 を注入し、アルミニウムケース１３を陰極として通電をおこなって、内面にドー ピング処理によるリチウム層１４を形成したものを用いた。またこのアルミニウ ムケース１３の外底面中央部には、陰極リード線１５が溶接により接続されてい る。

【００２４】 そして、前記アルミニウムケース１３の開口部に、中央部に陽極タブ１１を挿 通させるための貫通孔を有する合成ゴムからなる円板状の封口部材１６で閉じ、 アルミニウムケース１３の開口部周縁を巻締めして密閉をおこなったものである 。

【００２５】 このようにして完成した弁金属−リチウムコンデンサを６Ｖの電圧で４時間エ ージングした結果、静電容量７７００μＦのコンデンサが得られた。

【００２６】

【考案の効果】

以上述べたように、この考案によれば陰極が外装ケースと併用できるので、コ ンデンサの外形形状を小さくすることができる。また外形形状を従来と同じ大き さにすれば、従来の陰極収納容積だけ陽極体を増やすことができ、実質の静電容 量を増やすことができるなどの利点があり、小形、大容量が求められる要求に適 合した弁金属−リチウムコンデンサを得ることができる。

【００２７】 また、弁金属を陽極体に用い、陽極体を収納する外装ケースの少なくとも内面 にリチウム層を形成されたものを用いたので、従来のように別個にリチウム陰極 を陽極体に対峙して取り付ける必要がない。このためコンデンサ製造工程を大幅 に簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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である。

【図２】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。

【符号の説明】

１０ 陽極体 １１ 陽極リード １２ セパレータ紙 １３ アルミニウムケース １４ リチウム層 １５ 陰極リード線 １６ 封口部材 １７ 陽極リード線

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項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、陽極体と対峙するリチウム層と
   を分離するセパレータと、リチウムイオンを含む電解液
   とともに、内面にリチウム層が形成されたアルミニウム
   ケースに収納し、ケース開口部を密閉したことを特徴と
   する弁金属−リチウムコンデンサ。