JPH06168849A - 電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低圧から高圧までの広い範囲の使用電圧にお
いて、高温中における電解コンデンサの静電容量変化お
よび漏れ電流変化を改善することができる電解コンデン
サ駆動用電解液を提供することを目的とする。 【構成】 溶媒と溶質からなる電解液にリン酸またはリ
ン酸エステルとシランカップリング剤を添加することに
より、電解コンデンサ駆動用電解液を構成したものであ
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駆動用電
解液およびそれを用いた電解コンデンサに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の電解コンデンサ駆動用電解液とし
ては、エチレングリコール等の有機溶媒にアジピン酸や
ほう酸の塩等を溶解したものがある。この電解液は通
常、高温での特性安定化を図るために、リン酸等を添加
して用いている。しかしながら、近年の電解コンデンサ
の低損失化や安定化要望に対応した電解コンデンサを提
供するにはこれらの電解液では十分ではなく、高電導度
化や難燃化が必要となってきている。この高電導度化や
難燃化技術としては、電解液に水を添加する方法が一般
に用いられている。

【０００３】しかし、この水を添加してなる電解液を用
いた電解コンデンサは、電解液中に含まれる水分と電極
箔との水和反応により静電容量が経時的に大きく減少す
るため、近年のコンデンサの高信頼性、長寿命化という
要望を十分に満足できないという問題点があった。

【０００４】この静電容量の減少を防止するために、特
開平３−２５７８１１号公報にはシランカップリング剤
を含有する電解液が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このシ
ランカップリング剤の添加剤を単独で用いた場合の実質
的な作用は、酸化皮膜の薄い陰極箔表面の水和反応を抑
制して静電容量の減少を抑制するものであるため、酸化
皮膜の厚い陽極箔への保護効果は少なく、高温中で長期
間放置した場合における漏れ電流の増大は抑制できない
という問題点があった。

【０００６】本発明は上記問題点を解決するもので、低
圧から高圧までの広い範囲の使用電圧において高温中に
おける電解コンデンサの静電容量変化および漏れ電流変
化を改善することができる電解コンデンサ駆動用電解液
を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電解コンデンサ駆動用電解液は、溶媒と溶質
からなる電解液に、リン酸またはリン酸エステルとシラ
ンカップリング剤を添加したものである。

【０００８】

【作用】上記構成の電解コンデンサ駆動用電解液によれ
ば、リン酸またはリン酸エステルによって形成された電
極箔表面の均一な保護皮膜の上に、さらにシランカップ
リング剤が吸着して保護皮膜が均一に形成されることに
なるため、陽極箔および陰極箔の水和反応等が抑制され
て、高温中における電解コンデンサの静電容量変化およ
び漏れ電流変化を改善することができるものである。

【０００９】特に本発明でリン酸またはリン酸エステル
とシランカップリング剤を添加しているのは、シランカ
ップリング剤の吸着が無機物表面のＯＨ基との化学吸着
であるとされており、その吸着の緻密さは表面のＯＨ基
の量で左右されると考えられることから、電極箔表面に
リン酸またはリン酸エステルの添加により酸化アルミよ
り表面のＯＨ基の量が多いリン酸アルミ層を形成させ、
さらにその上に、シランカップリング剤の保護皮膜を形
成した方が、従来のシランカップリング剤のみの添加で
保護皮膜を形成させた場合より、非常に均一で緻密な皮
膜が形成できるという相乗作用があると思われるためで
ある。これにより陰極箔はもちろんのこと、保護皮膜の
不均一さが漏れ電流の増大となって顕著に現れる陽極箔
にも十分な保護効果があり、低圧から高圧までの広い使
用電圧の範囲でも、静電容量変化および漏れ電流変化を
極めて少なく抑える効果を得ることができるものであ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１１】本発明で使用できる溶媒としては、例えば
アルコール類｛１価アルコール（メチルアルコール，エ
チルアルコール，プロピルアルコール，ブチルアルコー
ル，ジアセトンアルコール，ベンジルアルコール，アミ
ノアルコール等）；２価アルコール（エチレングリコー
ル，プロピレングリコール，ジエチレングリコール，ヘ
キシレングリコール等）；３価アルコール（グリセリン
等）；ヘキシトール等｝、エーテル類｛モノエーテル
（エチレングリコールモノメチルエーテル，エチレング
リコールモノエチルエーテル，ジエチレングリコールモ
ノメチルエーテル，ジエチレングリコールモノエチルエ
ーテル，エチレングリコールフェニルエーテル等）；ジ
エーエル（エチレングリコールジメチルエーテル，ジエ
チレングリコールジメチルエーテル，ジエチレングリコ
ールジエチルエーテル等）｝、アミド類｛ホルムアミド
類（Ｎ−メチルホルムアミド，Ｎ，Ｎ−ジメチルホルム
アミド，Ｎ−エチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホ
ルムアミド等）；アセトアミド類（Ｎ−メチルアセトア
ミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド，Ｎ−エチルアセ
トアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド等）；プロピ
オンアミド類（Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピオンアミド
等）；ヘキサメチルホスホリルアミド等｝、オキサゾリ
ジノン類（Ｎ−メチル−２−オキサゾリジノン、３，５
−ジメチル−２−オキサゾリジノン等）、ラクトン類
（（γ−ブチロラクトン、α−アセチル−γ−ブチロラ
クトン、β−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ
−バレロラクトン等）、ニトリル類（アセトニトリル，
アクリロニトリル等）、ジメチルスルホキシド、スルホ
ラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、Ｎ−
メチルピロリドン、芳香族溶剤（トルエン，キシレン
等）、パラフィン系溶剤（ノルマルパラフィン，イソパ
ラフィン等）等が挙げられ、これらの溶媒は単独、ある
いは複数の組み合わせで使用できる。これらのうちで好
ましいのはエチレングリコールとγ−ブチロラクトンを
主体とする溶媒である。

【００１２】またこのような溶媒に溶解する溶質として
は、無機酸あるいは有機酸またはそれらの塩が使用で
き、例えば、ホウ酸，硝酸，アゼライン酸，アジピン
酸，コハク酸，安息香酸，セバチン酸，サリチル酸，フ
タル酸，マレイン酸，グルタル酸，デカンジカルボン
酸，ブチルオクタン二酸またはその塩の中の１種もしく
は２種以上が主たる溶質として挙げられる。そしてこれ
らの塩としては、アンモニウム塩、アミン塩、四級アン
モニウム塩等が使用でき、例えば、アミン塩としては、
メチルアミン，エチルアミン，ジメチルアミン，ジエチ
ルアミン，トリメチルアミン，トリエチルアミン，ジメ
チルエチルアミン等、四級アンモニウム塩としては、テ
トラメチルアンモニウム，テトラエチルアンモニウム，
メチルトリエチルアンモニウム，エチルトリメチルアン
モニウム，ジメチルジエチルアンモニウム等が挙げられ
る。

【００１３】リン酸としては、例えば、正リン酸，亜リ
ン酸，次亜リン酸，ポリリン酸等が挙げられるが、好ま
しくは正リン酸である。リン酸エステルとしてはモノメ
チルリン酸エステル，ジメチルリン酸エステル，モノエ
チルリン酸エステル，ジエチルリン酸エステル，モノプ
ロピルリン酸エステル，ジプロピルリン酸エステル，モ
ノブチルリン酸エステル，ジブチルリン酸エステル，ト
リブチルリン酸エステル，ポリリン酸ブチルエステル等
が挙げられるが、好ましくはモノブルリン酸エステル，
ジブチルリン酸エステル，トリブチルリン酸エステル，
ポリリン酸ブチルエステルである。

【００１４】シランカップリング剤としては、例えば、
ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、ビニル
トルエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン，γ−
メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン，β−
（３，４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシ
シラン，γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
ン，γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラ
ン，Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメ
トキシシラン，Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロ
ピルメチルジメトキシシラン，γ−アミノプロピルトリ
エトキシシラン，Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルト
リメトキシシラン，γ−メチルカプトプロピルトリメト
キシシラン，γ−ユレイドプロピルトリエトキシシラン
等が挙げられるが、好ましくはγ−グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシラン，Ｎ−β（アミノエチル）γ−ア
ミノプロピルトリメトキシシランである。

【００１５】（表１）は本発明の実施例および従来の電
解液の組成例を示したものである。

【００１６】

【表１】

【００１７】図１（ａ）（ｂ）（ｃ），図２（ａ）
（ｂ）（ｃ）は、（表１）の従来例１，２，３、実施例
１，２，３で示したそれぞれの組成の電解コンデンサ駆
動用電解液を調製し、これらの電解液を図６に示すコン
デンサ素子に含浸させて、定格電圧２５Ｖ、公称静電容
量１００μＦのアルミ電解コンデンサを作成し、９５℃
中で２０００時間、高温負荷試験および高温無負荷試験
を行ったときの静電容量変化率（１２０Hz）、ｔａｎδ
（１２０Hz）および漏れ電流の変化を示したものであ
る。なお、図６に示すコンデンサ素子はアルミニウムよ
りなる陽極電極としての陽極箔１と同じくアルミニウム
よりなる陰極電極としての陰極箔２とを、その間にセパ
レータ３を介在させて対向するように巻取ることにより
構成している。また、このコンデンサ素子における陽極
箔１および陰極箔２のそれぞれには引き出しリード４が
接続されている。

【００１８】この図１，図２から明らかなように、本発
明の実施例１，２，３は従来例１，２，３に比べ、静電
容量変化が小さくなっており、また高温負荷時の漏れ電
流変化は同じ程度、高温無負荷時の漏れ電流変化は小さ
くなっている。

【００１９】図３（ａ）（ｂ）（ｃ），図４（ａ）
（ｂ）（ｃ）は、（表１）の従来例４，５，６、実施例
４，５，６で示したそれぞれの組成の電解コンデンサ駆
動用電解液を調製し、これらの電解液を図６に示すコン
デンサ素子に含浸させて、定格電圧４００Ｖ、公称静電
容量１００μＦのアルミ電解コンデンサを作成し、１０
５℃中で２０００時間、高温負荷試験および高温無負荷
試験を行ったときの静電容量変化率（１２０Hz）、ｔａ
ｎδ（１２０Hz）および漏れ電流の変化を示したもので
ある。

【００２０】この図３，図４から明らかなように、本発
明の実施例４，５，６は従来例４，５，６に比べ、静電
容量変化が少なくなっており、また高温負荷時の漏れ電
流変化は同じ程度、高温無負荷時の漏れ電流変化は小さ
くなっている。

【００２１】したがって、本発明の各実施例は各従来例
と比較して、高温中における電解コンデンサの特性変化
を改善することができるもので、特に静電容量変化およ
び漏れ電流変化の双方の改善効果は大きく、信頼性の高
い電解コンデンサを得ることができる。

【００２２】なお、リン酸またはリン酸エステルの添加
量は、電解液重量に対して０．００１〜２．０重量％が
好ましい。これは、０．００１重量％以上でないと効果
が少なく、一方２．０重量％を越えると溶解しにくいか
らである。

【００２３】また、シランカップリング剤の添加量は電
解液重量に対して０．５重量％未満が好ましい。これ
は、０．５重量％以上では電極箔表面への吸着量が多く
なり過ぎて電解液が浸透しにくくなり、電解液の皮膜修
復作用が十分に働かなくなるため、電圧負荷時の静電容
量変化率、漏れ電流が大きくなるからである。

【００２４】この図５（ａ）（ｂ）は実施例１におい
て、シランカップリング剤の添加量を変化させたときの
９５℃２０００時間の高温負荷試験後における静電容量
変化率、漏れ電流を示したものである。

【００２５】この図５（ａ）（ｂ）から明らかなよう
に、シランカップリング剤の添加量が０．５重量％以上
では、静電容量変化率および漏れ電流が大きくなってお
り、添加量は０．５重量％未満が好ましい。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明の電解コンデンサ駆
動用電解液は、溶媒と溶質からなる電解液にリン酸また
はリン酸エステルおよびシランカップリング剤を添加し
ているため、リン酸またはリン酸エステルによって形成
された電極箔表面の均一な保護皮膜の上に、さらにシラ
ンカップリング剤が吸着して保護皮膜が均一に形成され
ることになり、その結果、陽極箔および陰極箔の水和反
応等が抑制されるため、高温中における電解コンデンサ
の静電容量変化および漏れ電流変化を改善することがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の実施例１，２，３および従来例
１，２，３におけるそれぞれの電解液を使用して作成し
た定格電圧２５Ｖ、公称静電容量１００μＦのアルミ電
解コンデンサの９５℃高温負荷試験における静電容量変
化率（１２０Hz）を示す特性図 （ｂ）本発明の実施例１，２，３および従来例１，２，
３におけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電
圧２５Ｖ、公称静電容量１００μＦのアルミ電解コンデ
ンサの９５℃高温負荷試験におけるｔａｎδ（１２０H
z）の変化を示す特性図 （ｃ）本発明の実施例１，２，３および従来例１，２，
３におけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電
圧２５Ｖ、公称静電容量１００μＦのアルミ電解コンデ
ンサの９５℃高温負荷試験における漏れ電流の変化を示
す特性図

【図２】（ａ）本発明の実施例１，２，３および従来例
１，２，３におけるそれぞれの電解液を使用して作成し
た定格電圧２５Ｖ、公称静電容量１００μＦのアルミ電
解コンデンサの９５℃高温無負荷試験における静電容量
変化率（１２０Hz）を示す特性図 （ｂ）本発明の実施例１，２，３および従来例１，２，
３におけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電
圧２５Ｖ、公称静電容量１００μＦのアルミ電解コンデ
ンサの９５℃高温無負荷試験におけるｔａｎδ（１２０
Hz）の変化を示す特性図 （ｃ）本発明の実施例１，２，３および従来例１，２，
３におけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電
圧２５Ｖ、公称静電容量１００μＦのアルミ電解コンデ
ンサの９５℃高温無負荷試験における漏れ電流の変化を
示す特性図

【図３】（ａ）本発明の実施例４，５，６および従来例
４，５，６におけるそれぞれの電解液を使用して作成し
た定格電圧４００Ｖ、公称静電容量１００μＦのアルミ
電解コンデンサの１０５℃高温負荷試験における静電容
量変化率（１２０Hz）を示す特性図 （ｂ）本発明の実施例４，５，６および従来例４，５，
６におけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電
圧４００Ｖ、公称静電容量１００μＦのアルミ電解コン
デンサの１０５℃高温負荷試験におけるｔａｎδ（１２
０Hz）の変化を示す特性図 （ｃ）本発明の実施例４，５，６および従来例４，５，
６におけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電
圧４００Ｖ、公称静電容量１００μＦのアルミ電解コン
デンサの１０５℃高温負荷試験における漏れ電流の変化
を示す特性図

【図４】（ａ）本発明の実施例４，５，６および従来例
４，５，６におけるそれぞれの電解液を使用して作成し
た定格電圧４００Ｖ、公称静電容量１００μＦのアルミ
電解コンデンサの１０５℃高温無負荷試験における静電
容量変化率（１２０Hz）を示す特性図 （ｂ）本発明の実施例４，５，６および従来例４，５，
６におけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電
圧４００Ｖ、公称静電容量１００μＦのアルミ電解コン
デンサの１０５℃高温無負荷試験におけるｔａｎδ（１
２０Hz）の変化を示す特性図 （ｃ）本発明の実施例４，５，６および従来例４，５，
６におけるそれぞれの電解液を使用して作成した定格電
圧４００Ｖ、公称静電容量１００μＦのアルミ電解コン
デンサの１０５℃高温無負荷試験における漏れ電流の変
化を示す特性図

【図５】（ａ）本発明の実施例１のシランカップリング
剤添加量を変化させた電解液を使用して作成した定格電
圧２５Ｖ、公称静電容量１００μＦのアルミ電解コンデ
ンサの９５℃高温負荷試験２０００時間経過後の静電容
量変化率（１２０Hz）を示す特性図 （ｂ）本発明の実施例１のシランカップリング剤添加量
を変化させた電解液を使用して作成した定格電圧２５
Ｖ、公称静電容量１００μＦのアルミ電解コンデンサの
９５℃高温負荷試験２０００時間経過後の漏れ電流の変
化を示す特性図

【図６】本発明の実施例において使用したコンデンサ素
子の概略図

【符号の説明】

１ 陽極箔 ２ 陰極箔 ３ セパレータ ４ 引き出しリード

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶媒と溶質からなる電解液にリン酸または
   リン酸エステルとシランカップリング剤を添加した電解
   コンデンサ駆動用電解液。
2. 【請求項２】シランカップリング剤の添加量が０．５重
   量％未満である請求項１記載の電解コンデンサ駆動用電
   解液。
3. 【請求項３】リン酸またはリン酸エステルの添加量が
   ０．００１〜２．０重量％である請求項１記載の電解コ
   ンデンサ駆動用電解液。
4. 【請求項４】溶媒と溶質からなる電解液にシランカップ
   リング剤を０．５重量％未満添加した電解コンデンサ駆
   動用電解液。
5. 【請求項５】陽極電極と陰極電極とをその間にセパレー
   タを介在させて対向させることによってコンデンサ素子
   を構成し、このコンデンサ素子に溶媒と溶質からなる電
   解液にリン酸またはリン酸エステルとシランカップリン
   グ剤を添加してなる駆動用電解液を含浸させた電解コン
   デンサ。