JPH05144680A - 貴金属／卑金属が共析出されたカソード素子を有する電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

貴金属／卑金属が共析出されたカソード素子を有する電解コンデンサおよびその製造方法

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JPH05144680A
JPH05144680A JP3085424A JP8542491A JPH05144680A JP H05144680 A JPH05144680 A JP H05144680A JP 3085424 A JP3085424 A JP 3085424A JP 8542491 A JP8542491 A JP 8542491A JP H05144680 A JPH05144680 A JP H05144680A
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container
capacitor
base metal
solution
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JP3085424A
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Stuart E Libby
イー．リビー スチユアート
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TANJITAA ELECTRON Inc
TANSISTOR ELECTRON Inc
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TANJITAA ELECTRON Inc
TANSISTOR ELECTRON Inc
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Publication date
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    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
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    • H01G9/0425—Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material specially adapted for cathode
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    • H01G9/08—Housing; Encapsulation

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Abstract

(57)【要約】 【目的】高い容積効率を有する電解コンデンサを提供す
る。 【構成】貴金属／卑金属をコンデンサ容器の内表面に共
析出させ、これをカソード素子として用いた容積効率の
高い電解コンデンサを得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電解コンデンサに関
し、特に、貴金属／卑金属が共析出されたカソード素子
を有する、電解液と、タンタルおよび銀容器のコンデン
サに関する。
【０００２】
【従来の技術】電解コンデンサにおける対極は、アノー
ド素子の容量が、完成されたコンデンサの容量における
決定的な要因となる場合には、AC信号に対して非常に低
いインピーダンスを与えなければならない。このことは
しばしば、高い比容量を有する多孔性タンタル焼結体を
タンタル容器コンデンサに使用するか、または白金族金
属の海綿状層を銀容器コンデンサに形成させることによ
って成し遂げられる。
【０００３】電解コンデンサにおける理想的な対極と
は、装置の全容量に影響を与えないものである。現在、
対極に起因するインピーダンスを最小にするために、主
として３つの方法がある。アノード化されたタンタル対
極を使用することによって、非極性であるが、通常、非
対称性の高い装置ができる。この方法によって製造され
たコンデンサは、容量が限定されており、製造には比較
的費用がかかる。
【０００４】あるいは、コンデンサ容器の内表面上に、
貴金属を化学的または電気化学的に析出させる方法が、
銀容器コンデンサに適用されている。この方法おいて
も、容量が非常に限定され、しばしば予測不能である。
最後に、コンデンサに電気活性物を加えることによっ
て、対極と電解液との界面に、低いインピーダンスの電
気化学反応を起こさせる方法が、米国特許第2,834,926
号においてBooeによって教示されている。
【０００５】米国特許第2,834,926号（Booe）は、塩化
鉄減極剤を有するタンタル電解コンデンサを開示してい
る。コンデンサにおける損失を最小にするために、大量
の減極剤が電解液中に溶解される。
【０００６】米国特許第3,082,360号（Robinsonら）
は、容器内表面上に形成された貴金属粒子の海綿状層を
有する貴金属容器を含む、複合カソードを備えた電解コ
ンデンサを開示している。
【０００７】米国特許第3,243,316号（O'Nanら）は、カ
ソードに減極を起こさせるために、カソードがその上に
コロイド状の非金属伝導材料の薄膜を有する、タンタル
電解コンデンサを開示している。
【０００８】米国特許第3,349,295号（Sparkes）は、減
極するために、白金黒で処理された多孔性カソードを有
する、タンタルコンデンサを開示している。
【０００９】米国特許第3,523,220号（Harding）は、銀
イオンおよび少なくとも１種の白金族イオンを有するめ
っき溶液を電解することによって、銀容器上に銀と白金
族金属とを共析出させて銀容器の内側を処理することを
開示している。
【００１０】米国特許第3,810,770号（Bianchiら）は、
貴金属によって活性された、チタンまたは酸化タンタル
の表面が付与された、チタンまたはタンタルをベースと
した電極を開示している。バルブ金属、白金族金属、お
よび必要に応じて錫とアルミニウムがドープされた金属
を含む混合物は、熱によってアノードに析出される。こ
の方法は、流動性の水銀カソード電池（flowing mercur
y cathode cell）において特に有用であると言われてい
る。溶液中に、常にバルブ金属イオンが存在する場合の
熱析出のみが例示されており、コンデンサに対する有用
性は示されていない。
【００１１】米国特許第4,020,401号（Cannonら）は、
銀めっきしたニッケル容器を有する電解コンデンサを開
示している。白金族金属の多孔性層は、銀めっきに形成
される。
【００１２】米国特許第4,159,509号（Walters）は、白
金族金属の多孔性層を有するカソード、および銅金属に
還元され得る銅イオンを含む電解液中に溶解されたカソ
ード減極剤とを含むコンデンサを開示している。
【００１３】米国特許第4,780,797号（Libbyら）は、容
器のタンタル内表面上に形成された白金族金属とタンタ
ルとの合金層を有する、タンタルコンデンサ用の効率の
高い対極を開示している。
【００１４】上記のいずれの方法においても、１立方セ
ンチメートル当り約2,500マイクロファラッドボルトよ
り大きい容積効率を有する、信頼のおけるコンデンサを
製造することは可能ではない。このために、これまで、
コンデンサ装置の小型化が制限されてきた。
【００１５】
【発明の構成】本発明の電解コンデンサは、１立方セン
チメートル当り、約2,500マイクロファラッドボルトよ
り大きい容積効率を有し、該コンデンサは、組み立てら
れた状態で、少なくとも１つの開放端および該開放端に
取り付けられた第１リード線手段を有する金属容器、モ
ル比が約0.5と1.2の間の貴金属イオンと卑金属イオンを
含む金属塩の溶液から該容器の内部上に共析出された貴
金属／卑金属電極素子、実質的に該容器を満たす電解
液、該容器内に配置され、絶縁支持体によって該容器か
ら分離され、第２リード線手段が取り付けられた第２電
極、および該開放端を密閉する手段を有する。
【００１６】本発明の電解コンデンサは、１立方センチ
メートル当り、約2,500マイクロファラッドボルトより
大きい容積効率を有し、該コンデンサは、組み立てられ
た状態で、少なくとも１つの開放端および該開放端に取
り付けられたカソードリード線手段を有する金属容器、
モル比が約0.5と1.2の間の貴金属イオンと卑金属イオン
を含む金属塩の溶液から該容器の内部上に共析出された
白金族金属／卑金属カソード素子、実質的に該容器を満
たす電解液、該容器内に配置され、絶縁支持体によって
該容器から分離され、アノードリード線手段が取り付け
られたアノード、および該開放端を密閉する手段を有す
る。
【００１７】本発明の電解コンデンサは、１立方センチ
メートル当り、約2,500マイクロファラッドボルトより
大きい容積効率を有する、電解装置のための対極を含
み、該対極はモル比が約0.5と1.2の間の貴金属イオンと
卑金属イオンを含む金属塩の溶液からバルブ金属支持体
上に共析出された白金族金属／卑金属対極素子を有す
る。 本発明の電解コンデンサの対極は、金属支持体上
に共析出された白金族金属／卑金属素子を有し、その調
製方法は、 a)白金族金属塩、卑金属塩および電解液の析出溶液を調
製する工程； b)該析出溶液に該金属支持体を接触させる工程； c)モル比が約0.5と1.2の間の貴金属イオンと卑金属イオ
ンを含む金属塩の溶液から該金属支持体上に該白金族金
属および該卑金属を共析出させるのに十分な時間と電流
密度で、該析出溶液を電解する工程； d)残りの該析出溶液から該対極を除去する工程； を含む。
【００１８】上記のように、共析出された貴金属／卑金
属のカソード素子により、容積効率の高い電解コンデン
サが提供される。必要とされる共析出は、金属塩の溶液
からコンデンサ容器の内表面上に金属を電着させること
によって得られる。
【００１９】図１は、本発明による対極を有するコンデ
ンサ50を示す。コンデンサ50は、コンデンサの外容器と
しての役割を果たす缶10を含んでいる。完成された形態
では、缶は上端部で密閉されており、電気接続のため
に、リード線32および34が備えられている。典型的な構
造は、Libbyによる米国特許第4,780,797号およびRogers
による米国特許第4,523,255号、ならびに上記のコンデ
ンサに関する従来技術において示されており、それらの
開示は、本願では参考として取り入れている。しかし、
本発明は、従来技術の密閉または接続の特徴、あるいは
完成されたコンデンサの構造、形態またはサイズによっ
て全く制約されない。
【００２０】コンデンサ50は、缶10の底部の振動スペー
サ40中に取り付けられたアノード38を含んでいる。ガス
ケット36とスペーサ40との間の空間には、30%から40%の
H2SO4などの電解液37が満たされている。リード線32
は、アノード38に電気的に結合されており、リード線34
は、対極缶10に電気的に結合されている。
【００２１】缶10は、ステンレススチール、ニッケル、
アルミニウム、銅、タンタル、銀、ニオブ、タングステ
ンなど、電解コンデンサに適切な材料で形成され得る。
好適な実施態様では、缶10は、タンタルまたは銀であ
り、あるいはタンタルまたは銀の内表面を有している。
缶が、タンタル、ニオブ、タングステンおよびいくつか
のステンレススチール等の、酸化物の形成により通常は
不動態の表面を有する材料で構成される場合には、その
材料は、不動態化されないように予め処理されなければ
ならない。材料に従って、Rogersによる米国特許第4,52
3,255号およびLibbyによる米国特許第4,942,500号に開
示されているものを含む多数の予備処理方法が適用され
得る。好適な方法は、East Providence, RhodeIslandの
The EvansFindings Company, Inc.によって提供されて
いる。
【００２２】本発明の実施においては、貴金属／卑金属
カソード素子が缶の内表面上に共析出されている。共析
出は、金属塩溶液からの電着によって最も好適に行われ
る。共析出されたカソード素子は、缶の表面上で連続し
得るまたは連続し得ない。
【００２３】本願で使用されるように、用語「共析出」
とは、貴金属と卑金属の同時析出、金属の迅速で連続し
た析出、または本発明の実施で固有に発生し得る他の析
出方法をすべてさしていう。出願人は、いかなる反応の
理論にも拘束されるつもりはないので、「共析出」に
は、広い意味で、コーティングを形成することが可能な
機構が含まれるものと思われる。
【００２４】本発明に使用される好適な貴金属は、白金
族金属である。用語「白金族金属」は、従来の意味で使
用され、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、
ロジウム、およびルテニウムの６つの金属を含む。Pdと
Ptが好適である。
【００２５】アノードは、一般に、チタン、タンタル、
ニオブ、アルミニウム、ジルコニウム、モリブデン、タ
ングステンのようなバルブ金属から選択される。アノー
ドは、エッチングされた、またはエッチングされていな
いフォイル、ワイヤ、プレートまたは多孔性の焼結ペレ
ットであり得る。アノード上に形成された誘電膜は、従
来技術の方法によって得られ得る。
【００２６】完成されたコンデンサにおいて使用される
電解液は、硫酸、塩化水素酸、過塩素酸、塩化リチウ
ム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、五ホウ酸塩アン
モニウム、または電解液の混合液等のアノードおよびカ
ソード素子と適合する従来の電解液であり得る。電解液
は、水溶液またはゲルであり得る。必要に応じて、減極
剤が存在し得る。
【００２７】卑金属の選択は、完成されたコンデンサに
使用される電解液によって限定される。金属は、高い交
換電流密度を有する一定の電解液中で、電気化学的に酸
化および還元の両方が可能でなければならない。酸化お
よび還元速度定数は、ほぼ同じであることが望ましい。
さらに、卑金属は、電解液と著しく反応したり、電解液
中で溶解してはならず、きれいに分割された形態で析出
することが可能でなければならない。一般に、貴金属イ
オンおよび卑金属イオンを還元するための合計の標準電
位は、容器金属を酸化するための標準電位よりも大きく
なければならない。本発明で使用される卑金属イオン
は、銀(I)、銅(II)、コバルト(III)、鉄(III)、錫(I
V)、および鉛(II)、好ましくは銅(II)である。銀(I)
は、銀容器コンデンサにおいては使用されない。通常、
塩化物および硫酸塩のような金属イオンの塩は、金属イ
オンの源として使用される。溶液中の貴金属イオンの卑
金属イオンに対するモル比は、約0.5から1.2の範囲であ
り得、好ましくは、金属イオンは、析出溶液中、等モル
量で存在する。
【００２８】本発明の１つの実施態様において、水中に
貴金属塩、卑金属塩および電解液を含む析出溶液は、コ
ンデンサとして使用するのに適切なサイズおよび形態を
有し、アノードが挿入された、きれいな缶に加えられ
る。電着工程は、溶液を含む缶上で、電流密度５から20
mA/cm2の下で、３から７分間行われる。その後、析出
溶液は缶から排出され、缶は水ですすがれ、従来の電解
溶液が加えられる。コンデンサを完成するのに必要な残
りの成分も加えられる。
【００２９】
【実施例】実施例１ 0.05モルの塩化パラジウム(II)、0.05モルの硫酸銅(I
I)、0.1モルの硫酸、およびエチルアルコール（1容量
%）の析出溶液を水中で調製した。この溶液を、酸化物
形成を防止するために表面が予め処理されたタンタル缶
（使用可能内容量0.5 cc）に加えた。電流密度13.7 mA/
cm2の下で、3.75分間、電着を起こさせるために、白金
ワイヤアノードを使用した。この析出溶液を、水ですす
いだ後、38%の硫酸電解溶液に置き換えた。そして、ア
ノード化された焼結タンタルアノード、および適切なス
ペーサとコネクタを備え付けた。得られたコンデンサ
は、６ボルトの使用電圧で、650マイクロファラッドの
容量を有していた。容積効率は、１cc当り、7,800マイ
クロファラッドボルトである。
【００３０】実施例２ 実施例１の析出溶液を、銀缶（使用可能内容量4.7 cc）
に導入した。実施例１のように、電流密度14.4 mA/cm2
の下で、５分間、電着を行った後、析出溶液を排出し、
水ですすぎ、そして38%の硫酸電解液に置き換えた。完
成したコンデンサ（アノード化され、焼結されたTaアノ
ード）は、10ボルトで2,550マイクロファラッドの容量
を有していた。容積効率は、１cc当り、5,425マイクロ
ファラッドボルトである。
【００３１】本発明は、出願人にとって既知の最良の態
様におけるタンタルおよび銀容器コンデンサを特に参照
しながら説明したが、これらの特定の実施態様の多数の
改変は、本発明の範囲内にあり、本願で説明および請求
している発明と同等のものであることは、当業者にとっ
ては自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による共析出された対極を使用
し得る、典型的な湿式電解コンデンサの断面図である。
【符号の説明】
１０ 缶 ３２ リード線 ３４ リード線 ３６ ガスケット ３７ 電解液 ３８ アノード ４０ スペーサ ５０ コンデンサ

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】１立方センチメートル当り、約2,500マイ
    クロファラッドボルトより大きい容積効率を有する電解
    コンデンサであって、組み立てられた状態で、少なくと
    も１つの開放端および該開放端に取り付けられた第１リ
    ード線手段を有する金属容器、モル比が約0.5と1.2の間
    の貴金属イオンと卑金属イオンを含む金属塩の溶液から
    該容器の内部上に共析出された貴金属／卑金属電極素
    子、実質的に該容器を満たす電解液、該容器内に配置さ
    れ、絶縁支持体によって該容器から分離され、第２リー
    ド線手段が取り付けられた第２電極、および該開放端を
    密閉する手段を有する，電解コンデンサ。
  2. 【請求項２】前記貴金属が白金族から選択される、請求
    項１に記載のコンデンサ。
  3. 【請求項３】前記貴金属がパラジウムまたは白金であ
    る、請求項２に記載のコンデンサ。
  4. 【請求項４】前記卑金属が銅、鉄、銀、鉛、コバルト、
    および錫から選択される、請求項１に記載のコンデン
    サ。
  5. 【請求項５】前記卑金属が銅である、請求項４に記載の
    コンデンサ。
  6. 【請求項６】前記貴金属がパラジウムであり、前記卑金
    属が銅である、請求項１に記載のコンデンサ。
  7. 【請求項７】前記貴金属／卑金属電極素子が溶液からの
    電着によって形成される、請求項２に記載のコンデン
    サ。
  8. 【請求項８】前記金属容器がタンタル容器である、請求
    項１に記載のコンデンサ。
  9. 【請求項９】前記金属容器が銀容器である請求項１に記
    載のコンデンサ。
  10. 【請求項１０】１立方センチメートル当り、約2,500マ
    イクロファラッドボルトより大きい容積効率を有する電
    解コンデンサであって、組み立てられた状態で、少なく
    とも１つの開放端および該開放端に取り付けられたカソ
    ードリード線手段を有する金属容器、モル比が約0.5と
    1.2の間の貴金属イオンと卑金属イオンを含む金属塩の
    溶液から該容器の内部上に共析出された白金族金属／卑
    金属カソード素子、実質的に該容器を満たす電解液、該
    容器内に配置され絶縁支持体によって該容器から分離さ
    れ、アノードリード線手段が取り付けられたアノード、
    および該開放端を密閉する手段を有する、電解コンデン
    サ。
  11. 【請求項１１】前記卑金属が銅、錫、コバルト、銀、鉛
    および鉄から選択される、請求項10に記載のコンデン
    サ。
  12. 【請求項１２】前記卑金属が銅であり、前記白金族金属
    がパラジウムまたは白金であり、前記金属容器が銀また
    はタンタル容器であり、前記電解液が硫酸であり、前記
    アノードが多孔性タンタルアノードである、請求項10に
    記載のコンデンサ。
  13. 【請求項１３】１立方センチメートル当り、約2,500マ
    イクロファラッドボルトより大きい容積効率を有する電
    解装置のための対極であって、該装置が、モル比が約
    ０．５と１．２の間の貴金属イオンと卑金属イオンを含
    む金属塩の溶液からバルブ金属支持体上に共析出された
    白金族金属／卑金属対極素子を有する、対極。
  14. 【請求項１４】金属支持体上に共析出された白金族金属
    ／卑金属素子を有する対極を調製する方法であって、 a)白金族金属塩、卑金属塩および電解液の析出溶液を調
    製する工程； b)該析出溶液に該金属支持体を接触させる工程； c)モル比が約0.5と1.2の間の貴金属イオンと卑金属イオ
    ンを含む金属塩の溶液から該金属支持体上に該白金族金
    属および該卑金属を共析出させるのに十分な時間と電流
    密度で、該析出溶液を電解する工程； d)残りの該析出溶液から該対極を除去する工程； を含む方法。
  15. 【請求項１５】前記金属支持体が、前記析出溶液が加え
    られる缶の形態である、請求項14に記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記白金族金属がパラジウムまたは白金
    であり、前記卑金属が銅であり、前記金属支持体が銀ま
    たはタンタルである、請求項15に記載の方法。
  17. 【請求項１７】前記電解が、電流密度約５から約20 mA/
    cm2の下で、約３分から約７分間行われる、請求項16に
    記載の方法。
  18. 【請求項１８】請求項14に記載の方法によって製造され
    る対極。
  19. 【請求項１９】１つの素子として、請求項14に記載の方
    法によって製造されたカソードを有するコンデンサ。
  20. 【請求項２０】前記金属容器が、不動態化されないよう
    に予め処理される、請求項１に記載のコンデンサ。
  21. 【請求項２１】前記タンタル容器が、不動態化されない
    ように予め処理される、請求項８に記載のコンデンサ。
  22. 【請求項２２】前記貴金属／卑金属電極素子が、ほぼ等
    モルの割合で貴金属と卑金属を含む溶液から前記容器の
    内部上に共析出される、請求項１に記載のコンデンサ。
  23. 【請求項２３】前記卑金属が鉄である、請求項４に記載
    のコンデンサ。
  24. 【請求項２４】前記卑金属が鉛である、請求項４に記載
    のコンデンサ。
  25. 【請求項２５】前記卑金属が錫である、請求項４に記載
    のコンデンサ。
JP3085424A 1990-04-17 1991-04-17 貴金属／卑金属が共析出されたカソード素子を有する電解コンデンサおよびその製造方法 Pending JPH05144680A (ja)

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