JPH05144674A - 電解コンデンサ用電解液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い電導度を有する電解液の電導度を低下を
極力抑制し、しかも耐圧の高い電解コンデンサ用電解液
を得る。 【構成】 フタル酸、マレイン酸又は安息香酸の４級ア
ルキルアンモニウム塩を主溶質とし、γ−ブチロラクト
ンとエチレングリコールとからなる複合溶媒を主溶媒と
する電解液に、コロイダルシリカを０．５〜１０重量％
と、ジブチルリン酸又は亜リン酸から選ばれたいずれか
一方又は双方を０．５〜５重量％の範囲で添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電解コンデンサに用
いられる電解液、特に高い電導度と共に高い耐電圧特性
を有する電解液に関する。

【０００２】

【従来の技術】電解コンデンサは、アルミニウム、タン
タルなどの絶縁性酸化皮膜層が形成され得るいわゆる弁
金属を陽極に用い、その表面を陽極酸化処理等によって
前記の絶縁性の酸化皮膜薄膜を誘電体層として形成した
ものを陽極側電極に用いる。そして、この陽極側電極に
対向させて陰極側電極を配置、陽極側電極と陰極側電極
間にセパレータを介在させ、このセパレータに電解液を
保持させて電解コンデンサが形成される。

【０００３】陽極側電極は、通常表面積の拡大のためエ
ッチング処理がなされており、電解液はこの凹凸面に密
接して、実質的な陰極としての機能を有する。このため
電解液の電導度、温度特性などが電解コンデンサの電気
的特性を決定する要因となる。又、電解液は絶縁性の酸
化皮膜薄膜の劣化や損傷を修復し、漏れ電流や寿命特性
へ影響を及ぼす。このように、電解液は電解コンデンサ
の特性を左右する重要な構成要素である。

【０００４】電解液の特性の中でも、電導度は電解コン
デンサの損失、インピーダンス特性などに直接関わるこ
とから、近年高い電導度を有する電解液の開発が盛んに
行われている。この中でも有機酸特に各種のカルボン酸
をアニオンとした４級アンモニウム塩を溶質としたもの
をγ−ブチロラクトンなどの非プロトン溶媒に溶解した
ものが、高い電導度を得られるということで注目されて
いる。このようなものとしては、例えば特公平３−６６
４６号公報、特公平３−８０９２号公報などが知られて
いる。

【０００５】ところで、このような高電導度電解液は一
般に電解液自体の耐電圧が低く、定格電圧が５０Ｖ以下
の領域で用いられてきた。定格電圧が５０Ｖを越える領
域での使用には、高圧領域で用いられているホウ酸−エ
チレングリコール系の電解液などと混合した複合系の電
解液とすることで耐圧の向上が図れるが、この場合高圧
用の電解液は電導度が低く、大幅な電導度の低下が免れ
ない。なお電導度の低下を防ぐために同時に水を添加す
ることが考えられるが、水の添加は高温度での使用限度
や寿命特性への影響が知られているところであり適当で
ない。

【０００６】又、高電導度電解液に、耐電圧向上に効果
のある薬剤の添加を行うことも検討されている。このよ
うなものとして、例えば特開平３−２０９８１０号公報
に見られるように、リン化合物であるアルキルリン酸エ
ステルの添加するものなどが知られている。

【０００７】又、特願平２−１６８２５８号などの出願
のように、コロイド状の二酸化ケイ素（シリカ）の分散
液の添加も耐圧向上に効果があることが知られるように
なってきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の耐圧向上策のう
ち、高圧用の電解液との混合系電解液の採用について
は、電導度の大幅な低下が避けられず、電導度と耐圧の
双方を満足させる目的には使用できない。

【０００９】又、各種の添加剤の添加についても、耐圧
は向上するもののその電圧上昇分が十分でなかったり、
耐圧効果を高めるために添加量を増やしても一定電圧以
上は耐圧が上昇しなかったり、電導度の低下の影響が強
く出るなどの問題があった。更に見かけ上耐圧が上昇し
ても安定度が悪く、製品とした場合その耐圧が維持でき
ず信頼性に欠ける場合もあった。

【００１０】この発明は上記の欠点を改良したもので、
高い電導度を有する電解液の電導度の低下を極力抑止
し、しかも耐圧向上効果に優れると共に、耐圧特性が安
定して維持できる電解液を得ることを目的としている。

【００１１】発明者は、特定の系の電解液に対し、コロ
イド状のシリカと、リン化合物の中から選択された特定
の化合物とを併用して所定量添加することで、この発明
の目的に合致した電解液が得られるということを見出し
この発明を完成したものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の電解液は、カ
ルボン酸特にフタル酸、マレイン酸又は安息香酸から選
ばれたものをアニオン成分とし、４級アンモニウム特に
４級アルキルアンモニウムをカチオン成分とした塩を主
溶質とし、これをγ−ブチロラクトンとエチレングリコ
ールとからなる複合溶媒に溶解した電解液を基本電解液
として用いる。

【００１３】そして、この基本電解液にコロイダルシリ
カを０．５〜１０重量％と、ジブチルリン酸又は亜リン
酸から選ばれたいずれか一方又は双方のリン化合物を
０．５〜５重量％の範囲で添加したことを特徴としてい
る。

【００１４】この発明で用いる基本電解液の溶質は、フ
タル酸、マレイン酸又は安息香酸のいずれかをアニオン
成分とし、カチオン成分である４級アルキルアンモニウ
ムは特に制限はないが、一般的には炭素数が１ないし４
のアルキル基のものから選択された対称形又は非対称形
４級アンモニウムが適している。溶質の濃度は特に限定
されるものではないが、通常５〜２５重量％程度であ
り、特に好ましくは１０〜２０重量％である。

【００１５】溶媒は、γ−ブチロラクトンとエチレング
リコールからなる複合溶媒である。両者の混合割合は、
概ねγ−ブチロラクトン１に対し、エチレングコリコー
ル０．０５ないし０．４の範囲で用いるのが望ましい。

【００１６】添加剤のコロイダルシリカは、溶媒に殆ど
溶けず一般に適当な分散溶媒中に分散させたコロイド溶
液として基本電解液に添加する。分散溶媒は特に限定は
ないが、基本電解液の溶媒と同じもの（γ−ブチロラク
トン又はエチレングリコール）を用いれば、基本電解液
への特性上の影響も少なく、しかも電解液中への拡散も
容易である。

【００１７】コロイダルシリカの添加量は、好ましくは
０．５〜１０重量％の範囲であり、特に好ましいのは３
〜６重量％である。

【００１８】リン化合物から選択された、ジブチルリン
酸又は亜リン酸は、いずれか一方もしくは双方を添加す
ることができる。この添加量は、好ましくは０．５〜５
重量％の範囲であり、特に好ましいのは１〜３重量％で
ある。

【００１９】

【作用】コロイダルシリカおよび、リン化合物であるジ
ブチルリン酸又は亜リン酸は、個々に電解液の耐圧を上
昇させる作用はあるが、この発明によると双方を併用す
ることで個々の添加剤では従来達成できない高い耐電圧
の領域まで、電解液の耐圧を向上させる。しかも、基本
電解液の高い電導度を殆ど低下させることなく、耐圧上
昇が図れるものである。

【００２０】

【実施例】以下実施例に基づいてこの発明を詳細に説明
する。実験は、溶質にフタル酸、マレイン酸および安息
香酸の４級アルキルアンモニウム塩からなる３種の塩を
用い、溶媒にγ−ブチロラクトン、エチレングリコール
の混合溶媒からなる基本電解液を調製し、これに添加剤
を加えて特性を調べた。

【００２１】まず基本電解液１ないし３の組成は、いず
れもγ−ブチロラクトン６５重量％、エチレングリコー
ルを２０重量％の混合溶媒に、フタル酸テトラメチルア
ンモニウム塩（基本電解液１）、マレイン酸トリエチル
メチルアンモニウム塩（基本電解液２）、安息香酸トリ
エチルメチルアンモニウム塩（基本電解液３）をそれぞ
れ１５重量％溶解したものである。

【００２２】これらの基本電解液およびこの発明の所定
の添加剤を添加した電解液について、その電導度および
耐電圧（火花電圧）を測定した。この結果を表１ないし
表３に示す。

【００２３】なお、電導度は調合した電解液の２５℃に
おける電導度で単位は（ｍＳ／ｃｍ）である。

【００２４】又、耐電圧は、これらの電解液を用いた電
解コンデンサを作成し、２５℃で、５ｍＡの定電流を印
加し、電圧−時間の上昇カーブを調べることで行い、電
圧の上昇カーブではじめにスパイクあるいはシンチレー
ションが観測された電圧（Ｖ）を耐電圧とした。

【００２５】耐圧試験に用いるために作成した電解コン
デンサの仕様は、基本電解液１および３のものについて
は、１６０Ｖで化成した陽極箔を、セパレータ、陰極箔
と共に巻回し、巻回端面からリード線を導出させたコン
デンサ素子に電解液を含浸（４０℃、減圧下で４０分）
した後、この素子を金属ケースに収納し、開口部を封口
ゴムで閉じ、外装ケースの端部を巻き締めして電解コン
デンサとした。この電解コンデンサの定格電圧は１００
ＷＶ、静電容量２２μＦのものである。

【００２６】なお、基本電解液２については、リン化合
物の単独添加のみでも相当の耐圧が得られるので、更に
高い化成電圧の陽極箔を用いて比較した。基本電解液２
の実験は、陽極箔に２４０Ｖで化成した箔を用いて、定
格電圧１６０ＷＶ、静電容量２２μＦの電解コンデンサ
で行った。含浸時間を１時間とした他は前記のものと同
じ仕様で作製した。

【００２７】又、表中の添加剤の添加量は基本電解液１
００重量％に対する割合（重量％）であり、表のＤＢＰ
はジブチルリン酸を示し、シリカはコロイダルシリカを
分散溶媒にエチレングリコールを用いた２０％溶液とし
て添加している。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１の実験結果からわかるように、この発
明の電解液を用いた電解コンデンサは、高い耐電圧が得
られる。又、電導度の低下も僅かであった。

【００３０】

【表２】

【００３１】表２の実験結果においても、この発明の電
解液を用いた電解コンデンサは、耐電圧が上昇すると共
に電導度の低下も少ない。特にこの発明例２−５におい
ては、電解コンデンサの陽極電極の化成電圧に基づく耐
圧限度が現れており、この発明の電解液自体はそれ以上
の耐圧を有していることがわかる。

【００３２】

【表３】

【００３３】この実験においても、耐電圧の向上が著し
く本発明例はいずれも陽極箔自体の耐圧である化成電圧
以上の耐圧が得られていることがわかる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば高
い電導度を維持しつつ、しかも高い耐電圧を有する電解
液が得られるので、従来定格電圧５０Ｖ以下の領域でし
か得られなかった低損失で低いインピーダンス特性を有
する電解コンデンサを、定格電圧が５０Ｖを越える電圧
領域でも実現することができる。

フロントページの続き (72)発明者 宇恵 誠 茨城県稲敷郡阿見町中央８丁目３番１号 三菱油化株式会社筑波総合研究所内 (72)発明者 佐藤 智洋 茨城県稲敷郡阿見町中央８丁目３番１号 三菱油化株式会社筑波総合研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フタル酸、マレイン酸又は安息香酸の４
   級アルキルアンモニウム塩を主溶質とし、γ−ブチロラ
   クトンとエチレングリコールとからなる複合溶媒を主溶
   媒とする電解液に、コロイダルシリカを０．５〜１０重
   量％と、ジブチルリン酸又は亜リン酸から選ばれたいず
   れか一方又は双方を０．５〜５重量％の範囲で添加した
   ことを特徴とする電解コンデンサ用電解液。