JPH04315413A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

固体電解コンデンサの製造方法

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JPH04315413A
JPH04315413A JP8229791A JP8229791A JPH04315413A JP H04315413 A JPH04315413 A JP H04315413A JP 8229791 A JP8229791 A JP 8229791A JP 8229791 A JP8229791 A JP 8229791A JP H04315413 A JPH04315413 A JP H04315413A
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JP
Japan
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electrolytic capacitor
solid electrolytic
electrolyte
nitro group
high temperature
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JP8229791A
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Yasuo Kudo
康夫 工藤
Masao Fukuyama
正雄 福山
Toshikuni Kojima
小島 利邦
Satonari Nanai
識成 七井
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コンデンサ特性とりわ
け周波数特性ならびに高温下における信頼性特性の優れ
た固体電解コンデンサ、とりわけ固体電解質として導電
性高分子を用いる固体電解コンデンサの製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電気機器のデジタル化に伴って、
コンデンサも小型大容量で高周波領域でのインピーダン
スの低いものが要求されている。従来、高周波領域で使
用されるコンデンサにはプラスチックコンデンサ、マイ
カコンデンサ、積層セラミックコンデンサがあるが、こ
れらのコンデンサでは形状が大きくなり大容量化が難し
い。
【0003】一方、大容量コンデンサとしてはアルミニ
ウム乾式電解コンデンサあるいはアルミニウムまたはタ
ンタル固体電解コンデンサ等の電解コンデンサがある。 これらのコンデンサでは誘電体となる酸化皮膜は極めて
薄いために大容量が実現できるのであるが、一方酸化皮
膜の損傷が起こり易いためにそれを修復するための電解
質を陰極との間に設ける必要がある。
【0004】アルミニウム乾式コンデンサでは、エッチ
ングを施した陽、陰極アルミニウム箔をセパレータを介
して巻取り、液状の電解質をセパレータに含浸して用い
ている。この液状電解質はイオン伝導性で比抵抗が大き
いため、損失が大きくインピーダンスの周波数特性、温
度特性が著しく劣る、さらに加えて液漏れ、蒸発等が避
けられず、時間経過と共に容量の減少及び損失の増加が
起こるといった問題を抱えていた。
【0005】またタンタル固体電解コンデンサでは二酸
化マンガンを電解質として用いているため、温度特性お
よび容量、損失等の経時変化の問題は改善されるが、二
酸化マンガンの比抵抗が比較的高いため損失、インピー
ダンスの周波数特性が積層セラミックコンデンサあるい
はフィルムコンデンサと比較して劣っていた。
【0006】さらに近年、ピロール、チオフェンなどの
複素環式のモノマーを支持電解質を用いて電解酸化重合
することにより、支持電解質のアニオンをドーパントと
して含む導電性高分子を電解質として用いる周波数特性
及び温度特性の優れた固体電解コンデンサが提案されて
いる(特開昭60−37114号公報、特開昭60−2
44017号公報)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の電解重合導電性高分子を電解質として用いた技術で
は、BF4−、ClO4−、PF5−、AsF5−、ア
ンモニウムボロジサリチレート等をドーパントとして用
いており、高温下でこれらのドーパントが脱ドープを起
こす、あるいはポリマー骨格が一部が酸化され、共役二
重結合の長さが減じる等の理由により、その電気電導度
の低下を来す。そしてこれらが直接の原因となって、コ
ンデンサの容量の低下および損失の増大という望ましく
ない結果を引き起こすため、高い信頼性を有するコンデ
ンサを得ることが困難であるという課題を有していた。
【0008】本発明は上記従来技術の課題を解決するも
ので、高温下における電気電導度の劣化の小さい導電性
高分子電解質を形成し、もって高温下における容量及び
損失劣化の少ない、信頼性特性の優れた固体電解コンデ
ンサを実現する固体電解コンデンサの製造方法の提供を
目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、酸化皮膜層と電解重合膜形成用導電性下地
層とを有する弁金属表面に、ピロールもしくはその誘導
体と、少なくとも一つのニトロ基を有する支持電解質と
を含む溶液媒体を用い、電解重合により、高温下におけ
る電気伝導度の劣化の少ない導電性高分子電解質皮膜を
形成するようにしたものである。
【0010】ニトロ基を有する支持電解質としては、好
ましくは分子中にニトロ基と共に少なくとも一つのスル
フォン基を含むか、あるいはニトロ基と少なくても一つ
のカルボキシル基を含む物質が挙げられる。
【0011】なおより好適にはニトロ基とスルフォン基
が芳香族環に結合されたアリルニトロスルフォン酸及び
その塩、もしくはニトロ基とカルボキシル基が芳香族環
に結合されたアリルニトロカルボン酸及びその塩が挙げ
られる。
【0012】このような物質としては例えば、ニトロベ
ンゼンスルフォン酸、ジニトロベンゼンスルフォン酸、
トリニトロベンゼンスルフォン酸、ニトロ安息香酸、ジ
ニトロ安息香酸、トリニトロ安息香酸等が挙げられる。
【0013】ニトロ基、スルフォン基、カルボキシル基
等が結合する芳香族環としてはベンゼン環のほか、ナフ
タレン環、アントラキノン環等も含まれる。さらにこれ
らの芳香族環はアルキル基等他の置換基を併せ持つもの
でも同様に使用することができる。
【0014】重合体の繰り返し単位を構成するモノマー
としては、ピロールのほか2、5位以外に例えばアルキ
ル基等の置換基を有するピロール誘導体が含まれる。な
お置換基は重合体が所望の電気伝導度を有するものであ
ればアルキル基以外のものでも使用できる。
【0015】重合溶液媒体はピロールもしくはその誘導
体モノマーとニトロ基を有する支持電解質を溶解し、弁
金属の酸化皮膜を実質的に溶解しないものであればどの
ようのものでも使用できる。
【0016】電解重合膜形成用導電性下地層は、薄膜化
が可能でかつ電解重合膜が実質的にそれを介して成長す
る程度の電気伝導度を有するものであればどのようなも
のでも使用できるが、硝酸マンガン、酢酸マンガン、オ
クチル酸マンガン、ナフテン酸マンガン、アセチルアセ
トンマンガン等の有機及び無機マンガン化合物から熱分
解によって得られるマンガン酸化物が、薄膜化が容易で
電気伝導度も高いため好適に使用される。
【0017】
【作用】本発明は、ピロールもしくはその誘導体をニト
ロ基を有する支持電解質を含む溶液媒体中で電解重合す
ることにより得られる導電性高分子が、ニトロ基を含ま
ない場合に比較して電気伝導度が高くかつまた高温下に
おけるその劣化が小さいという新しい知見に基づく。こ
の理由は明確ではないが、支持電解質物質に結合された
ニトロ基の何等かの作用により、ピロールが2、5位で
相互二結合した規則性の高い高分子が生成し、さらにそ
のため比較的反応活性の高い2、5位がマスクされその
部位における高温下の酸化が抑制されるような効果が関
与していると考えられる。
【0018】本発明において、上述のようにピロールも
しくはその誘導体をニトロ基を有する支持電解質を含む
溶液媒体中で電解重合することにより得られる導電性高
分子をコンデンサの電解質として用いているため、高温
下で損失及び容量の劣化の少ない、信頼性特性の優れた
コンデンサが得られる。
【0019】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明の第1の実施例について説明
する。
【0020】4×6mmのアルミニウムエッチド箔に陽
極リードを取り付け、3%アジピン酸アンモニウム水溶
液を用い、約70℃で50V印加して陽極酸化により誘
電体被膜を形成後、硝酸マンガン30%水溶液に浸しさ
らに250℃で10分加熱し熱分解マンガン酸化物を表
面に付着させて陽極を作製した。この陽極箔に前もって
ポリピロールで被覆したステンレス製の電解重合用電極
を接触させ、ピロールモノマー(0.2M)、m−ニト
ロベンゼンスルフォン酸ナトリウム(0.05M)水か
らなる電解液に浸し、電解重合電極と離隔して設けた電
解重合用第二の電極の間に3Vの電圧を印加してポリピ
ロールからなる電解重合膜を形成した。
【0021】次に電解重合電極を取り外し、水を用いて
洗浄し乾燥後、電解重合膜上にコロイダルグラファイト
と銀ペイントを塗布して陰極リードを取り出し、エポキ
シ樹脂で外装し、16.2Vでエージングを行ってコン
デンサ素子を10個完成させた。初期の120Hz に
おける容量、損失、さらにこれを125℃の条件下に1
000時間保持した後の容量、損失の平均値を(表1)
に示した。
【0022】
【表1】
【0023】比較のため、ベンゼンスルフォン酸ナトリ
ウムをm−ニトロベンゼンスルフォン酸ナトリウムに替
えて用いた以外同様の条件で10個のコンデンサを完成
させ、上述と同様の特性評価を行い、その結果を比較例
1として(表1)に示した。
【0024】この(表1)から明らかなように、本実施
例による固体電解コンデンサは125℃という条件下で
容量及び損失の劣化を小さくできるという点で優れた効
果が得られる。
【0025】以上のように本実施例1によれば、陽極酸
化アルミナ層と酸化マンガンから成る電解重合膜形成用
下地層とが順次形成されたコンデンサ陽極表面に、m−
ニトロベンゼンスルフォン酸ナトリウムを支持電解質と
して用いて電解重合ポリピロールからなる電解質を設け
ることにより、高温下における容量及び損失の劣化の小
さい、信頼性の優れたコンデンサを得ることができる。
【0026】(実施例2)以下、本発明の第2の実施例
について説明する。
【0027】上述のm−ニトロベンゼンスルフォン酸ナ
トリウムに替えて、2、4、6ートリニトロベンゼンス
ルフォン酸ナトリウムを用いた以外実施例1と同様にし
てコンデンサを作製し、実施例1と同様の評価を行った
。その結果を(表1)に示した。
【0028】この(表1)から明らかなように、本実施
例による固体電解コンデンサは125℃という条件下で
容量及び損失の劣化を小さくできるという点で優れた効
果が得られる。
【0029】以上のように本実施例2によれば、陽極酸
化アルミナ層と酸化マンガンから成る電解重合膜形成用
下地層とが順次形成されたコンデンサ陽極表面に、2、
4、6−トリニトロベンゼンスルフォン酸ナトリウムを
支持電解質として用いて電解重合ポリピロールからなる
電解質を設けることにより、高温下における容量及び損
失の劣化の小さい、信頼性の優れたコンデンサを得るこ
とができる。
【0030】なお支持電解質として、ジニトロベンゼン
スルフォン酸塩を用いた場合でも同様の効果が得られた
【0031】(実施例3)以下、本発明の第3の実施例
について説明する。
【0032】上記m−ニトロベンゼンスルフォン酸ナト
リウムに替えて、m−ニトロ安息香酸ナトリウムを用い
た以外実施例1と同様にしてコンデンサを作製し、実施
例1と同様の評価を行った。その結果を(表1)に示し
た。なお比較のため、比較例2として、m−ニトロ安息
香酸ナトリウムを安息香酸ナトリウムに替えて用いた以
外同様の条件でコンデンサの試作を試みたが、特性の評
価可能な試料を得ることはできなかった。
【0033】この(表1)から明らかなように、本実施
例による固体電解コンデンサは125℃という条件下で
容量及び損失の劣化を小さくできるという点で優れた効
果が得られる。
【0034】以上のように本実施例3によれば、陽極酸
化アルミナ層と酸化マンガンから成る電解重合膜形成用
下地層とが順次形成されたコンデンサ陽極表面に、m−
ニトロ安息香酸ナトリウムを支持電解質として用いて電
解重合ポリピロールからなる電解質を設けることにより
、高温下における容量及び損失の劣化の小さい、信頼性
の優れたコンデンサを得ることができる。
【0035】(実施例4)以下、本発明の第4の実施例
について説明する。
【0036】上記ピロールに替えてNーメチルピロール
(0.05M)とピロール(0.05M)の混合物を用
いた以外実施例1と同様にしてコンデンサを作製し、実
施例1と同様の評価を行い、その結果を(表1)に示し
た。
【0037】この(表1)から明らかなように、本実施
例による固体電解コンデンサは125℃という条件下で
容量及び損失の劣化を小さくできるという点で優れた効
果が得られる。
【0038】以上のように本実施例4によれば、陽極酸
化アルミナ層と酸化マンガンから成る電解重合膜形成用
下地層とが順次形成されたコンデンサ陽極表面に、m−
ニトロベンゼンスルフォン酸ナトリウムを支持電解質と
して用いてピロールとNーメチルピロールを繰り返し単
位とする電解重合導電性高分子からなる電解質を設ける
ことにより、高温下における容量及び損失の劣化の小さ
い、信頼性の優れたコンデンサを得ることができる。
【0039】なお上記実施例では、ナトリウム塩を用い
た場合についてのみ述べたが、それ以外のカリウム塩、
リチウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、第4級アン
モニウム塩等も同様に支持電解質として使用できる。
【0040】また上記実施例では、モノニトロ化物に関
してメタ位にニトロ基を有するものを用いた場合につい
てのみ述べたが、そのほかパラ位及びオルト位にニトロ
基を有する物質も同様に使用できる。
【0041】更に上記実施例では、酸化皮膜層を有する
アルミニウムをコンデンサの陽極とする場合についての
み述べたが、酸化皮膜層が設けられたタンタルをコンデ
ンサの陽極として用いた場合も同様の効果が期待できる
ことが本発明の主旨から明らかである。
【0042】また上記実施例では、重合性モノマーと支
持電解質のみが含まれる溶液媒体から電解重合高分子皮
膜を形成したが、重合時発生する気泡を揮散させる作用
を果たす消泡剤あるいは、コンデンサ陽極表面と電解重
合溶液媒体との濡れ性を向上させる機能を有する界面活
性剤等他の添加剤を使用しても良く、本発明はそれらの
種類及び有無に限定されない。
【0043】更に上記実施例ではモノマーとして、ピロ
ールのほかピロール誘導体であるNーメチルピロールを
前者と混合使用した場合についてのみ述べたが、所望の
電気伝導度を有するものであれば他の誘導体も単独であ
るいは混合して使用することもできる。
【0044】また上記実施例では電解重合膜用導電性下
地層として、硝酸マンガンから熱分解によって得られる
マンガン酸化物を用いる場合についてのみ述べたが、電
解重合膜の被覆を可能にする程度の電気伝導度を有する
ものであれば他のものを使用しても良く、本発明はその
種類に限定されない。
【0045】加えて上記実施例では、溶媒として水を用
いる場合についてのみ述べたが、モノマーと支持電解質
を溶解し、弁金属の酸化皮膜に実質的に損傷を及ぼさな
いものであれば、有機系溶媒も使用でき、本発明はその
種類に限定されない。
【0046】
【発明の効果】以上のように本発明の製造方法、酸化皮
膜層と電解重合膜形成用導電性下地層とが順次形成され
た弁金属表面に、少なくとも一つのニトロ基を有する支
持電解質と、ピロールもしくはその誘導体を少なくとも
含む溶液媒体を用いて、電解重合により、高温下におけ
る電気伝導度の劣化の小さい導電性高分子皮膜電解質を
形成することにより、その耐熱性を向上させ、高温下で
容量及び損失劣化の小さい、優れた信頼性のアルミ固体
電解コンデンサを実現できるようにしたものである。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化皮膜層と電解重合膜形成用導電性下地
    層とが順次形成された弁金属表面に、少なくとも一つの
    ニトロ基を有する支持電解質とピロールもしくはその誘
    導体とを少なくとも含む溶液媒体を用いて、電解重合に
    より導電性高分子皮膜電解質を形成する固体電解コンデ
    ンサの製造方法。
  2. 【請求項2】ニトロ基を有する支持電解質が、ニトロ基
    と少なくとも一つのスルフォン基もしくはニトロ基と、
    少なくとも一つのカルボキシル基を含む物質から選ばれ
    る一種である請求項1記載の固体電解コンデンサの製造
    方法。
  3. 【請求項3】ニトロ基を有する支持電解質が、アリルニ
    トロスルフォン酸もしくはその塩、またはアリルニトロ
    カルボン酸もしくはその塩から選ばれる一種である請求
    項1記載の固体電解コンデンサの製造方法。
  4. 【請求項4】弁金属がアルミニウムもしくはタンタルか
    ら選ばれる一種である請求項1から3のいずれかに記載
    の固体電解コンデンサの製造方法。
  5. 【請求項5】電解重合膜形成用下地層が熱分解マンガン
    酸化物からなるものである請求項1から4のいずれかに
    記載の固体電解コンデンサの製造方法。
JP8229791A 1991-04-15 1991-04-15 固体電解コンデンサの製造方法 Pending JPH04315413A (ja)

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