JPH06314636A - 電解コンデンサ用電解液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 エチレングリコールやグリセリン等の多価ア
ルコール類に芳香族ニトロ化合物を溶解した電解コンデ
ンサ用電解液において、リン酸、亜リン酸、次亜リン
酸、ポリリン酸等のリン酸の縮重合体またはポリリン酸
メチルやポリリン酸エチル等のリン酸エステルの縮重合
体の内の少なくとも一種と、ポリエチレングリコール、
ポリオキシエチレンジグリコール酸またはその塩の内の
少なくとも一種とを含有することを特徴とする電解コン
デンサ用電解液。 【効果】 電解コンデンサのＬＣを低下して水素ガスが
発生するのを長期間に渡って抑制でき、防爆弁が作動す
るのを遅らせて寿命を改善でき、特性を向上できる。

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用電解液
に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミ電解コンデンサ等の電解コンデン
サは、通常、電解液を含浸したコンデンサ素子を用いて
いる。電解液は、一般的に、グリセリンやエチレングリ
コール等の多価アルコール類を溶媒とし、これにホウ酸
とアンモニウム水あるいはホウ酸アンモニウムあるいは
マレイン酸やアジピン酸、安息香酸、ブチルオクタン二
酸等のカルボン酸またはそれらの塩を溶質として溶解し
た組成になっている。

【０００３】ところで、この電解液は、高温度の雰囲気
中において、液中の水分が電極の酸化皮膜を劣化させ
る。そのために、電解コンデンサは、漏れ電流（以下Ｌ
Ｃという）が増大し、それとともに水素ガスが多く発生
し、内圧が上昇して防爆弁が作動し易くなる。これを防
ぐため、例えば電解液に芳香族ニトロ化合物を添加し
て、水素ガスを吸収している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、芳香族ニトロ
化合物は、水素ガスを所定量吸収すると、それ以上吸収
しなくなる。従って、水素ガスの発生量が多いと、芳香
族ニトロ化合物の水素ガスを吸収する効果が短時間で失
われる。そのため、電解コンデンサの防爆弁の作動を遅
らせて寿命を改善する効果が低い欠点があった。

【０００５】本発明の目的は、以上の欠点を改良し、電
解コンデンサの寿命を著しく改善できる電解コンデンサ
用電解液を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、多価アルコール類に芳香族ニトロ化合
物を溶解した電解コンデンサ用電解液において、リン
酸、亜リン酸、次亜リン酸、リン酸の縮重合体またはリ
ン酸エステルの縮重合体の内の少なくとも一種と、ポリ
エチレングリコール、ポリオキシエチレンジグリコール
酸またはその塩の内の少なくとも一種とを含有すること
を特徴とする電解コンデンサ用電解液を提供するもので
ある。

【０００７】多価アルコール類にはエチレングリコール
やジエチレングリコール、グリセリン等を用い、これを
溶媒とする。

【０００８】また、主電解質は、ブチルオクタン二酸や
セバシン酸、アゼライン酸、ピメリン酸、アジピン酸、
カプリル酸、安息香酸等の有機酸やそのアンモニウム
塩、ホウ酸アンモニウム等を用いる。

【０００９】芳香族ニトロ化合物は、ニトロ安息香酸ア
ンモニウムやニトロフタル酸、ニトロアセトフェノン、
ニトロフェノール、ニトロベンジルアルコール等を用い
る。そしてその含有量は、０．０５〜２．０wt％が好ま
しい。すなわち０．０５wt％未満では水素ガスを吸収す
る効果が低く、従って電解コンデンサの寿命を改善する
効果が低く、また、２．０wt％より多いと電解液の火花
発生電圧が低くなる。

【００１０】リン酸の縮重合体としてはポリリン酸等を
用いる。また、リン酸エステルの縮重合体としてはポリ
リン酸メチルやポリリン酸エチル、ポリリン酸ｎ−ブチ
ル、ポリリン酸ｎ−ヘキシル等を用いる。

【００１１】リン酸や亜リン酸、次亜リン酸、リン酸の
縮重合体、リン酸エステルの縮重合体の含有量は、０．
０１〜２．０wt％が好ましく、０．０１wt％未満では電
解コンデンサの寿命を改善する効果が低く、２．０wt％
より多いと電解液の火花発生電圧が低くなる。

【００１２】そしてポリエチレングリコールやポリオキ
シエチレンジグリコール酸及びその塩は、平均分子量が
２００〜２００００で含有量が０．１〜３０wt％の範囲
が好ましい。この場合、平均分子量が２００未満では火
花発生電圧を向上する効果が低く、２００００より大き
くなると溶解し難くなる。また、含有量が０．１wt％未
満でも火花発生電圧を向上する効果が低く、３０wt％よ
り多いと比抵抗が高くなる。

【００１３】なお、他に添加剤として、マンニトールや
ソルビトール、純水、ジメチルアミン等を用いてもよ
い。

【００１４】

【作用】芳香族ニトロ化合物は、電極から発生する水素
と酸化還元反応して芳香族アミノ化合物に変化する。こ
の反応は芳香族ニトロ化合物１に対して水素３のモル比
で起る。そのため、芳香族ニトロ化合物は、含有量が少
量であっても、水素ガスの発生を抑制する効果が大き
い。また、電解液が有機酸系であっても無機酸系であっ
てもいずれの場合も水素ガスの発生を抑制する効果があ
る。

【００１５】また、リン酸や亜リン酸、次亜リン酸、リ
ン酸の縮重合体、リン酸エステルの縮重合体は、電極表
面に安定な保護膜を形成して水素過電圧を高める。その
ため、電極の耐水性が向上し、水素ガスの発生を抑制で
きる。

【００１６】さらに、ポリエチレングリコールやポリオ
キシエチレンジグリコール酸及びその塩は、表面活性作
用がある。そのため、電解コンデンサをエージング処理
した際に、リン酸や亜リン酸等のリン化合物が電極に接
触し易くなる。従って、電極の切断部や酸化皮膜の欠陥
部を補修し易くなる。それ故、電解コンデンサのＬＣを
長期間低下でき、水素ガスの発生を抑制できる。

【００１７】これにより、芳香族ニトロ化合物により水
素ガスの発生を抑制する効果が長くなる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例、従来例及び比較例の電解液の組成を表１〜表３
に示す。なお、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、リン酸
の縮重合体、リン酸エステルの縮重合体を添加剤１と表
わす。また、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチ
レングリコール酸、その塩を添加剤２と表わす。そして
その他の添加剤を添加剤３と表わす。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】次に、表１〜表３に示した電解液を含浸し
た定格４００Ｖ、４７０μＦのアルミ電解コンデンサに
ついて高温負荷試験を行い、ＬＣの変化と外観の変化と
を測定し、表４に示した。なお、高温負荷試験は、周囲
温度１０５℃で定格電圧を３０００ｈ連続印加して行
う。試料数は各々２０個とする。

【００２３】

【表４】

【００２４】表４から明らかな通り、初期のＬＣは、実
施例１〜実施例１４が４１〜９１μＡであるのに対し
て、従来例が１１０μＡそして比較例１〜比較例４が１
００〜１３０μＡとなった。すなわち、初期ＬＣは、実
施例１〜実施例１４の方が従来例に比較して約３７．３
〜８２．７％にそして比較例１〜比較例４に比べて約３
１．５〜９１％に各々低下している。

【００２５】また、３０００ｈ後のＬＣは、実施例１〜
実施例１４が３０〜８０μＡであるのに対して、従来例
が１０１μＡそして比較例１〜比較例４が１０７〜１５
０μＡであった。従って、実施例１〜実施例１４は、従
来例に比較して約２９．７〜７９．２％にそして比較例
１〜比較例４に比べて２０〜約７４．８％に各々低下す
る。

【００２６】さらに、外観についても、３０００ｈ後に
おいて、実施例１〜実施例１４は何も異常が認められな
かった。これに対して、従来例、比較例２及び比較例３
はケースが大きく膨らんだ。また、比較例１は全数がそ
して比較例４は１１個が各々防爆弁が作動した。

【００２７】また、リン酸や亜リン酸等の添加剤１の添
加量を変え火花発生電圧及び水素ガス発生に対する影響
を調べた。これに用いる電解液１の組成は次の通りとす
る。

【００２８】 電解液１： エチレングリコール （８５−ｘ）wt％ ブチルオクタン二酸 ９．０wt％ ニトロフェノール １．０wt％ 添加剤１ ｘwt％ ポリエチレングリコール（平均分子量６００） ４．０wt％ アンモニア水 １．０wt％

【００２９】なお、火花発生電圧は温度８５℃のときの
値とする。また、水素ガスの発生傾向は、この電解液１
を含浸した定格３５０Ｖ、３３０μＦのアルミ電解コン
デンサを周囲温度１０５℃の雰囲気中に定格電圧を連続
印加して３０００ｈ放置し、その後のケース内に発生し
たガス量を測定して表わした。すなわち、ケース内に発
生したガスは大部分が水素ガスである。従って、このガ
スの発生量の傾向は、近似的に水素ガスの発生量の傾向
を示している。

【００３０】測定結果は、火花発生電圧を図１にそして
水素ガス発生量を図２に示した。これらの図１及び図２
において、Ａは添加剤１としてリン酸または亜リン酸を
用い、同様にＢは次亜リン酸そしてＣはポリリン酸また
はポリリン酸メチルを用いた電解液を使用している。

【００３１】図１から明らかな通り、添加剤１の添加量
は、電解液１−Ａが１．０wt％以下、電解液１−Ｂ及び
電解液１−Ｃが１．５wt％以下の範囲とする方が、火花
発生電圧が比較的高く好ましい。また、図２からは、添
加剤１の添加量は、電解液１−Ａ及び電解液１−Ｃが
１．５wt％以下でそして電解液１−Ｂが１．０wt％以下
が水素ガスの発生量が比較的に少なくなり好ましい。こ
れらの結果から、添加剤１の添加量は、電解液１−Ａ及
び電解液１−Ｂが１．０wt％以下が、そして電解液１−
Ｃが１．５wt％以下が、火花発生電圧の向上及び水素ガ
ス発生の抑制の両方により著しい効果がある。

【００３２】そしてポリエチレングリコール等の添加剤
２の添加量を変えて、比抵抗及び火花発生電圧に対する
影響を調べた。これに用いる電解液２の組成は次の通り
とする。

【００３３】 電解液２： エチレングリコール （８６．２−ｙ）wt％ アゼライン酸アンモニウム １０．０wt％ ニトロベンジルアルコール １．０wt％ 次亜リン酸 ０．８wt％ 添加剤２（平均分子量１０００） ｙwt％ 純水 ２．０wt％

【００３４】また、比抵抗は２５℃のときの値とし、火
花発生電圧は８５℃のときの値とする。測定結果は、図
３に示した。この図３においてａ１及びｂ１は各々添加
剤２としてポリエチレングリコール及びポリエチレンジ
グリコール酸を用いた電解液２を示す。また、実線は比
抵抗のグラフをそして点線は火花発生電圧のグラフを示
す。

【００３５】この図３から明らかな通り、比抵抗は電解
液２−ａ及び電解液２−ｂ１とも添加量が３０wt％より
多くなると急激に増加する。従って、両者とも添加量は
３０％以下が好ましい。

【００３６】さらに、添加剤２の分子量を変えて火花発
生電圧に対する影響を調べた。これに用いる電解液３の
組成は次の通りとする。

【００３７】電解液３： エチレングリコール ８２．３wt％ カプリル酸アンモニウム １０．０wt％ ニトロフタル酸 ０．５wt％ ポリリン酸 ０．２wt％ 添加剤２ ５．０wt％ 純水 ２．０wt％

【００３８】また、測定値は８５℃のときの値とする。
測定結果は図４に示した。この図４において、ａ２及び
ｂ２は各々添加剤２としてポリエチレングリコール及び
ポリオキシエチレンジグリコール酸を用いた電解液３を
示す。

【００３９】図４から明らかな通り、火花発生電圧は、
前者の電解液３−ａ２の方が前者の電解液３−ｂ２より
も全体的に高くなっている。また、両者とも、分子量が
大きくなるに従って火花発生電圧も高くなる。しかし、
分子量が２００００より大きくなると溶解し難くなるの
で好ましくない。

【００４０】なお、芳香族ニトロ化合物の影響を調べる
ために、その添加量を変えて火花発生電圧と水素ガスの
発生傾向を測定した。この測定に用いる電解液４の組成
は次の通りとする。

【００４１】電解液４： エチレングリコール ８２．９−ｚwt％ ブチルオクタン二酸アンモニウム １０．０wt％ 芳香族ニトロ化合物 ｚwt％ リン酸 ０．１wt％ ポリオキシエチレンジグリコール酸 ３．０wt％ 純水 ２．０wt％

【００４２】そして火花発生電圧は、温度８５℃のとき
の値とし、結果を図５に示した。また、水素ガスの発生
傾向は、この電解液４を含浸した定格４００Ｖ、３３０
μＦのアルミ電解コンデンサを周囲温度１０５℃の雰囲
気中に定格電圧を連続して印加しながら３０００ｈ放置
後に、コンデンサのケース内に発生したガス量を測定し
て求めた。このガス量の測定結果は図６に示した。試料
数は各々１０個とする。

【００４３】図５及び図６においてイは芳香族ニトロ化
合物としてニトロ安息香酸やニトロフェノールを用いた
電解液４を使用している。また、ロはニトロアセトフェ
ノンやニトロベンジルアルコール、ニトロフタル酸を用
いた電解液４を使用している。

【００４４】図５から明らかな通り、火花発生電圧は、
電解液４−イ及び電解液４−ロとも添加量が２．０wt％
より多くなると急激に低下する。従って、添加量は２．
０wt％以下が好ましい。

【００４５】また、図６から明らかな通り、水素ガス発
生量は、電解液４−イ及び電解液４−ロとも添加量が多
いほど減少する。すなわち、水素ガスの発生を抑制する
には、添加量が多い方がよい。

【００４６】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、芳香族ニ
トロ化合物を含む電解液に、リン酸や亜リン酸、次亜リ
ン酸等のリン化合物と、ポリエチレングリコールやポリ
オキシエチレンジグリコール酸等とを含有することによ
って、電解コンデンサに用いた場合に、ＬＣを低下して
水素ガスが発生するのを長期間に渡って抑制でき、防爆
弁が作動するのを遅らせて寿命を改善でき、特性を向上
できる電解コンデンサ用電解液が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】添加剤１の添加量を変えた場合の火花発生電圧
の変化のグラフを示す。

【図２】添加剤１の添加量を変えた場合のガス発生量の
変化のグラフを示す。

【図３】添加剤２の添加量を変えた場合の比抵抗及び火
花発生電圧の変化のグラフを示す。

【図４】添加剤２の分子量を変えた場合の火花発生電圧
の変化のグラフを示す。

【図５】芳香族ニトロ化合物の添加量を変えた場合の火
花発生電圧の変化のグラフを示す。

【図６】芳香族ニトロ化合物の添加量を変えた場合のガ
ス発生量の変化のグラフを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多価アルコール類に芳香族ニトロ化合物
   を溶解した電解コンデンサ用電解液において、リン酸、
   亜リン酸、次亜リン酸、リン酸の縮重合体またはリン酸
   エステルの縮重合体の内の少なくとも一種と、ポリエチ
   レングリコール、ポリオキシエチレンジグリコール酸ま
   たはその塩の内の少なくとも一種とを含有することを特
   徴とする電解コンデンサ用電解液。