JPH0458512A - 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、特定の添加物を添加することにより、電解コ
ンデンサの比抵抗の増加を抑制しつつ火花電圧を上昇さ
せることを企図する電解コンデンサ用電解液の改良に関
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１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て気量陰極との開に電解液
を介在させて作製される。使用中は常に酸化皮膜を再生
しているため安定であるが、例えば長期間使用しないと
再生が不十分となり劣化する。

電解コンデンサは化学反応を行わせながら使用するため
、その特性は電解液の性質に大きく依存する０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
あり、使用法を誤って例えば過剰の高電圧負荷等により
化学的定常状態が乱れると、アルミニウム酸化皮膜が破
壊されやがては絶縁が破れるに至る。

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、
これは面便には、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
。

従来の一般的な電解コンデンサ用電解液においては、高
耐電圧性を得るために電解液にホウ酸等の酸またはこれ
らの塩が主溶質として添加された。また、これら以外に
も種々の添加物を添加することにより電解コンデンサ用
電解液を改良して高耐電圧性を得る試みがなされている
。

高耐電圧性を得るための添加剤としては、例えは、スル
ファミン酸の添加（特開昭４９−８２９６３号）、スペ
リン酸の添加（特開昭４９−１３３８６０号）、リン酸
ドデシルの添加（特開昭４９−７３６５９号）、アルキ
ルリン酸の添加（特開昭５２−１５３１５４号）、ジ亜
リン酸の添加（特開昭５７−１４１９１３号）、ホウ酸
−マンニット系の使用（特開昭５７−６０８２９号）、
ホウ酸−マンニット−ポリビニルアルコール系の使用（
特開昭５９−１７７９１５号）等が提案されているが、
高電導度を維持しな耐電圧の向上は必すしも十分には望
めなかった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、特定の添加物を添加することにより、従来型
の火花電圧上昇剤と比較すると、電解コンデンサの比抵
抗の増加を抑制しつつ火花電圧を上昇させる顕著な効果
を与え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、弁作用金属の陽極酸化皮膜を誘電体と
し、電解液を介して陰極を取り出す電解コンデンサに使
用する電解コンデンサ駆動用電解液であって、その電解
液組成中に粒径ｉｒｖ〜１０００ｎｌのシリカコロイド
粒子を添加してなることを特徴とする電解コンデンサ用
電解液が提供される。

本発明による電解コンデンサ用電解液は、アルミニウム
電解コンデンサ駆動用の電解液として、有機極性溶媒を
主溶媒とし、有機酸もしくは無機酸またはその塩を溶質
とすれば好適である。

電解液の有機極性溶媒に単独または組合せて使用し得る
溶媒の具体例として次のような溶媒を例示することがで
きる： プロトン性極　溶 エタノール、プロパツール、ブタノール、ペンタノール
、ヘキサノール、シクロブタノール、シクロペンタノー
ル、シクロヘキサノール、並びにベンジルアルコール等
の１価アルコール類、 エチレングリコール、グロビレングリコール、グリセリ
ン、メトキシエタノール、エトキシエタノール、メトキ
シプロピレングリコール、並びにジメトキシプロパノー
ル等の多価アルコールおよびアルコールエーテル類、ト
プロトン性極性２媒 トメチルホルムアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド
、トメチルホルムアミド、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、トエチルアセトアミド、Ｎ、Ｎ−ジエチルアセ
トアミド、並びにヘキサメチルホスホリックアミド等の
アミド系溶媒、 γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、エ
チレンカーボネイト、プロピレンカーボネイト、イソブ
チレンカーボネイト等のラクトン、環状アミド系溶媒、 アセトニトリル等のニトリル系溶媒、 ジメチルスルホキシド等のオキシド系溶媒。

有機酸もしくは無機酸またはその塩たる電解液の電解質
に単独または朗合せて使用し得る電解質の具体例として
次のような電解質を例示することができる： １員克 ギ酸、酢酸、プロピオン酸、エナント酸等の脂肪族モノ
カルボン酸、 マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、メチル
マロン酸、ピメリン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セ
バシン酸、デカンジカルボン酸、マレイン酸、シトラコ
ン酸、並びにイタコン酸等の脂肪族ジカルボン酸、安息
香酸、フタル酸、サリチル酸、トルイル酸、並びにピロ
メリト酸等の芳香族カルボン酸、 無」１醇 ホウ酸、リン酸、ケイ酸、ＨＢＦ、、 ＨＰＦ、等の無機酸、 アンモニウム アンモニウム（ＮＨ，十’）、 メチルアンモニウム、エチルアンモニウム、並びにプロ
ピルアンモニウム等のモノアルキルアンモニウム、 ジメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、エチル
メチルアンモニウム、並びにジブチルアンモニウム等の
ジアルキルアンモニウム、 トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、並
びにトリブチルアンモニウム等のトリアルキルアンモニ
ウム、 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、トリブチルアンモニウム、テトラエチルアンモニ
ウム、並びにＮ、Ｎ−ジメチルピロリジニウム等の第４
級アンモニウム、ｉ立上 ホスホニウムおよび°アルソニウムも使用することがで
きる。

このような溶質−溶媒系からなる電解液に対し、好まし
くは前記した粒径１ｎ１１〜１０００ｎｍのシリカコロ
イド粒子を０，１〜２０重量部、更に好ましくは０，５
〜１０重量部添加することにより、比抵抗の増加を抑制
しつつ火花電圧を大幅に改良し得る電解コンデンサ用電
解液を提供することができる。

［作用］ 本発明が開示した電解コンデンサ用電解液に添加する独
特の添加物である粒径１ｎ１１〜１０００ｒ＋ｎ＋のシ
リカコロイド粒子が、電解コンデンサ用電解液中で、プ
ロトン性極性溶媒を含む有機極性溶媒と、有機酸もしく
は無機酸またはその塩を溶質とする電解液中でどのよう
な作用をするのか、その作用機構自体は明らかではない
、しかしながら、本発明による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。

前記したように、電解コンデンサは化学反応を行わせな
がら使用するため、その特性は電解液の性質に大きく依
存する０表面を酸化皮膜としたアルミニウムｔｆ！と電
解液との間で起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。

本発明は、独特の添加物である粒径１ｎｍ＋〜１０００
ｎｍのシリカコロイド粒子を添加することにより、ケイ
素化合物である５１０２の電解液中における独特の挙動
により電気化学的反応系である電解コンデンサ全体が安
定化され、良好なコンデンサ特性を与えるものと推定さ
れる。

［発明の効果］ 本発明によれば、独特の添加物である粒径１ｎ１１〜１
１０００ｎのシリカコロイド粒子を添加することにより
、従来型の火花電圧上昇剤と比較すると、電解コンデン
サの比抵抗の増加を抑制しつつ火花電圧を上昇させる最
大の効果を与える電解コンデンサ用電解液か提供される
。

［実施例〕 以下に実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本
発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。

工および２並びに　　例１ 共通する組成として次の成分からなる電解コンデンサ用
電解液を用い、粒径１ｎｒＩ〜１０００ｎｉのシリカコ
ロイド粒子を所定濃度で添加し、常法により電解コンデ
ンサを作製した。

γ−ブチロラクトン　　　１００重量部エチレングリコ
ール　　　２０ フタル酸　　　　　　　　　１５ トリエチルアミン　　　　　９ 添加しなシリカコロイド粒子の濃度、得られた電解コン
デンサの火花破壊電圧および電導層を次に示す。

シリカ濃度　火花１１（ＩＥ　　　電導層（重量％）　
　　（Ｖ）　　　（祁／ｃｍ）２．０　　　１２５　　
　５．２ ５．０　　　１３０　　　５．１ ０　　　　　９０　　　５．３ 実施例１ 実施例２ 比較例１ ３および４並びに　　例２ 共通する組成として次の成分からなる電解コンデンサ用
電解液を用い、粒径１’ｎｍ〜１１０００ｎのシリカコ
ロイド粒子を所定濃度で添加し、常法により電解コンデ
ンサを作製した。

γ−ブチロラクトン　　　１００重量部エチレングリコ
ール　　　　２０ フタル謙テトラメチルアンモニウム　　　　　　　　　
２４添加したシリカコロイド粒子の濃度、得られた電解
コンデンサの火花破壊電圧および電導層を次に示す。

シリカ濃度　火花破壊電圧　　電導層 （を量％）　　　（Ｖ）　　　（ｒｍｓ／ｃ層）実施例
３　２．０　　　　９０　　　８．７実施例４　５．０
　　　１００　　　　ｇ、４比較例２０　　　　　７０
８．９ 施例５および　　例３ 共通する組成として次の成分からなる電解コンデンサ用
電解液を用い、粒径１ｎｍ〜ｉｏｏｏｎｍのシリカコロ
イド粒子を所定濃度で添加し、常法により電解コンデン
サを作製した。

γ−ブチロラクトン　　　１００重量部エチレングリコ
ール　　　１０ マレイン酸　　　　　　　　１３ トリエチルアミン　　　　　１１ 添加したシリカコロイド粒子の濃度、得られた電解コン
デンサの火花破壊電圧および電導層を次に示す。

シリカ濃度　火花ＩＩ電圧　　電導層 （ｆ！量％）　　　（Ｖ）　　　（１１ｓ／ｃｎ＋）実
施例５　２．５　　　１２０　　　６．６比較例３　　
０　　　　　７０　　　６．７例６および　　例４ 共通する組成として次の成分からなる電解コンデンサ用
電解液を用い、粒径１ｎ１１〜１０００ｎｍのシリカコ
ロイド粒子を所定濃度で添加し、常法により電解コンデ
ンサを作製した。

γ−ブチロラクトン　　　１００重量部エチレングリコ
ール　　　１０ マレイン赦テトラエチレアンモニ？ＪＡ２４添加したシ
リカコロイド粒子の濃度、得られた電解コンデンサの火
花破壊電圧および電導層を次に示す。

シリカ濃度　火花ＩＩ電圧　　電導層 （重量％）　　　（Ｖ）　　　（川Ｓ／ｃｍ）実施例６
　２．５　　　１１０　　　１２．３比較例４０　　　
　　５５１２．．５ 施例７および上載例５ 共通する組成として次の成分からなる電解コンデンサ用
電解液を用い、粒径１ｎｍ〜１０００ｎｍのシリカコロ
イド粒子を所定濃度で添加し、常法により電解コンデン
サを作製した。

エチレングリコール　　　１００　ｆｊＬｉ部Ｈ２０５ 安息香酸アンモニウム　　１５ 添加したシリカコロイド粒子の濃度、得られた電解コン
デンサの火花破壊電圧および電導層を次に示す。

シリカ濃度　火？！ｌｌｔ圧　　電導層（重量％）　　
　（Ｖ）　　　（＋ｎＳ／ｃ＋ｎ）実施例７　２．５　
　　３１０　　　４．２比較例５０　　　　２５０４．
４ 施例８および　較例６ 共通する組成として次の成分からなる電解コンデンサ用
電解液を用い、粒径１ｎｌＷ〜１０００ｎａのシリカコ
ロイド粒子を所定濃度で添加し、常法により電解コンデ
ンサを作製した。

エチレングリコール　　　１００重量部Ｈ２０５ セバシン酸アンモニウム　　１５ 添加したシリカコロイド粒子の濃度、得られた電解コン
デンサの火花破壊電圧および電導度を次に示す。

シリカ濃度　火花敬壊電１１Ｅ　　　電導度（重量％）
　　　（Ｖ）　　　（ｍｓ／ｃｎ）実施例８　２．５　
　　４００　　　４．３比較例６０　　　　３５０４．
６ 施例９〜１１並びに比較例７ 共通する成分としてエチレングリコール、セバシン酸ア
ンモニウム並びに８２０からなる電解コンデンサ用電解
液を用い、粒径ｔｎ＋ｎ〜１０００ｒ＋１１のシリカコ
ロイド粒子を所定濃度で添加し、常法により電解コンデ
ンサを作製しな、電解液組成を以下に重量％で示す。

成分　　　　　　実ｊｌｌｌ１９　　　実施例１０　実
施例１１　比較例７エチレングリコール　　　８８．７
　　８６．５　　　ｇｌ、９　　９０．９七バシン瞭ア
ンモニウム　　６．１　　　６．１　　　６．１　　　
６．１Ｈ，０３，０３，０３，０３，０ 添加したシリカコロイド粒子の濃度、得られた電解コン
デンサの３０℃における比抵抗および１０５℃における
火花発生電圧を次に示す。

なお、２５℃における電解液のｐＨは全て６．８であっ
た。

１ｎ２ （重量％） 実施例９２，２ 実施例１０　４．４ 実施例１１　９．０ 比較例７０ 定格電圧４５０騎・Ｖ、 比抵抗　　　　火花破壊電圧 （Ωｃｉ）　　　　　　　（Ｖ） 容量１４μＦの電解コンテ ンサ素子に、実施例９〜１１並びに比較例７の電解液を
含浸し、化成処理を行った時の破損発生率、および１０
５°Ｃで１０００時間後の負荷試験結果を次に示す。

１１１土！ 破損発生率 ０／１０　　＝ ０／１０　　＝ ０／１０　　＝ １０／１０　　＝ ｑ見見１ 初期値　　１０５℃１０００時間後 容量ｔａｎδトｕ　容量ｔａｎδ渥れＵ（μＦ）　（％
）　（ｇＡ）　　（ＩＩＦ）　（％）　　（ｇＡ）実施
例９　１４．０　３．５　１３　１３．９　４．１　３
実施例１０　１４．０　３．６　１２　１３．９　４．
３　４実施例１１　１４．０　３．６　９　１３．９　
４．３　４比較例７（ガス発生により全数封口部の破損
）以上の結果から、本発明による電解コンデンサ用電解
液は、電導性および化成電圧を損実施例９ 実施例１０ 実施例１１ 比較例７ うことなく製品の漏れ電流を著しく低減させ、耐電圧の
向上を図るものであることが分る。

また、本発明による添加物の使用により、電解液の電導
性を損うことなく火花電圧を４０〜６０ボルト向上させ
ることができ、電解液の化成性を高めることができるた
め誘電体酸化皮膜を再生する目的でホウ酸を添加する必
要がなくなり、安定した寿命特性を維持できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）弁作用金属の陽極酸化皮膜を誘電体とし、電解液
   を介して陰極を取り出す電解コンデンサに使用する電解
   コンデンサ駆動用電解液であつて、その電解液組成中に
   粒径１ｎｍ〜 １０００ｎｍのシリカコロイド粒子を添加してなること
   を特徴とする電解コンデンサ用電解液。