JPH0645197A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンデンサ素子内部にまで十分なポリアニリ
ンの固体電解質層を形成し、高い静電容量の固体電解コ
ンデンサを得る。 【構成】 表面に誘電体酸化皮膜が形成された陽極とセ
パレータと陰極とを巻回あるい積層してなるコンデンサ
素子の誘電体酸化皮膜層上面にポリアニリンの固体電解
質層を形成する際、溶媒に溶解したポリアニリン溶液
を、コンデンサ素子の固体電解質層形成に必要な溶液量
よりも少ない液量づつコンデンサ素子に注入、溶媒の除
去を行いこの注入、溶媒除去の工程を複数回繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、導電性ポリマー特に
ポリアニリンを固体電解質に用いた固体電解コンデンサ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電解コンデンサのうち、電解質に導電性
を有する固体の金属酸化物や導電性ポリマーを用いたも
のは、液体電解質を用いた電解コンデンサに比べ、液体
を封じる必要がないことから、耐熱性の要求される用途
やチップ形の電解コンデンサ用として適している。

【０００３】固体電解質として、従来は二酸化マンガン
や二酸化鉛などの導電性を有する金属酸化物が主体であ
ったが、近年はより高い電導度が得られる導電性のポリ
マーが電解質として着目されている。

【０００４】このような導電性のポリマーとしては、ポ
リアセチレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリア
ニリン、ポリアクリロニトリルなどπ共役導電性ポリマ
ーが知られている。

【０００５】導電性ポリマーを固体電解質として用いる
ためには、表面に誘電体となる絶縁性の酸化皮膜が形成
されたアルミニウム、タンタルなどの弁金属を陽極に、
絶縁性酸化皮膜層の上に電解質層を形成する必要があ
る。

【０００６】導電性ポリマーは、原材料をポリマー化す
るための重合工程が必要となる。この重合工程は、一般
に陽極表面でモノマーを化学重合、気相重合、電解重合
などの手段で行われる。またポリアニリンなどでは予め
重合されたものを溶媒に溶解して、被処理物にその溶液
を浸漬あるいは塗布して溶媒を蒸発させて形成させる手
段もある。

【０００７】一方、コンデンサ素子の構造は、小容量の
ものは箔又は板からなる平面状の電極表面に固体電解質
層を形成し、さらにその上面に陰極側の導電層を形成し
ているが、大容量や小型化を図るためには陽極電極を帯
状にしてこれを同様に帯状のセパレータと陰極電極と共
に巻回あるいは積層させた素子を用いる必要がある。

【０００８】このような巻回あるいは積層させたコンデ
ンサ素子に固体電解質を形成する場合、従来は導電性ポ
リマーの原料となるモノマー溶解した溶液と重合のため
の酸化剤溶液にコンデンサ素子を含浸して巻回端面ある
いは積層端面から浸透させて重合反応を行わせ固体電解
質を形成させる方法がある。

【０００９】また、ポリアニリンのように重合体のまま
溶媒に溶解可能な材料については、溶液中に含浸しその
後溶媒を乾燥除去して固体電解質を得る方法もある。特
にこのポリアニリンを適当な溶媒濃度で２、３度ないし
数度ポリアニリン溶液を含浸させ溶媒を乾燥除去する方
法がコンデンサ素子内部への浸透度も良く、含浸後の重
合工程も不要なことから有望視されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
ポリアニリンの含浸形成方法によると、予想した静電容
量が得られないことが判明した。そこでポリアニリン溶
液の濃度や、含浸、乾燥による溶媒除去の工程の繰り返
し回数の変更を試みてみたが、静電容量の増大はやはり
十分ではなかった。

【００１１】そこで更にこの原因を究明してみると、現
状の方法ではポリアニリンの溶液中にコンデンサ素子を
浸漬して含浸を行うので、コンデンサ素子にはポリアニ
リン溶液が十分含まれた状態で溶媒の除去が行われるこ
とになる。このため溶媒の乾燥除去がコンデンサ素子の
外周部から始まるために、コンデンサ素子の巻回端面や
積層端面をポリアニリン層が早い時期に塞いでしまい、
後段の含浸工程でコンデンサ素子内部にポリアニリン溶
液が十分浸透せず、コンデンサ素子内部の固体電解質層
が十分に形成されないためと判った。

【００１２】そこでこの発明は、このような欠点を改良
して、コンデンサ素子内部にまで十分なポリアニリンの
固体電解質層を形成し、高い静電容量が得られる固体電
解コンデンサの製造方法の提供しようとするものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明による固体電解
質層の形成は、溶媒に溶解したポリアニリン溶液を固体
電解質を形成するコンデンサ素子に必要な溶液量より少
ない液量をコンデンサ素子に注入し溶媒の除去を行い、
この注入、溶媒除去の工程を複数回繰り返してポリアニ
リンの固体電解質層を形成するものである。

【００１４】すなわちこの発明では、従来のように多量
のポリアニリン溶液中にコンデンサ素子を含浸すること
なく、少量の溶液をコンデンサ素子に注入し、溶媒の除
去を行いこれを繰り返すことが特徴である。

【００１５】ポリアニリン溶液の注入量は、１回の注入
量を減らせば静電容量の増大の効果は大きいが工程の繰
り返し回数が増える。逆に注入量が多いと繰り返し回数
は減らせるものの、従来の液中での含浸との静電容量の
差異が少なくなる。コンデンサ素子体積に対し、その１
／１０ないし１／１の範囲、より好ましくは１／５ない
し２／３程度で工程を２ないし数度繰り返す。例えば、
直径３．５ｍｍ高さ４ｍｍの円筒形の素子の場合、その
体積はおよそ４０μｌ弱であるから、１回の溶液の注入
量は４μｌから４０μｌの範囲で選択することになる。

【００１６】ポリアニリン溶液の注入方法については、
特に限定すべきことはないが、一定量を注入することか
ら、微量の液体を定量注入できる装置によって液量を調
整し、これを細いノズルなどの細管の先端からコンデン
サ素子の巻回端面あるいは積層端面に滴下、あるいは噴
射する手段によって供給すれば良い。

【００１７】ポリアニリン溶液の調製は、濃度は５％な
いし２０％が好ましい。これ以下だと粘度は低いが析出
量が少ないので工程の繰り返し回数が増える。またこれ
以上だと粘度が高くコンデンサ素子内部にまで十分に溶
液が浸透しなくなると共に、巻回端面部へポリアニリン
の形成が増えて、素子内部へのポリアニリンの形成が困
難になる。

【００１８】溶媒については特に限定されるものでない
が、ポリアニリンに対し優れた溶解性を示すものとして
Ｎ−メチルピロリドンが挙げられる。

【００１９】なお、溶液の注入時にコンデンサ素子ある
いは溶液を加熱しておけば、溶液の粘度を下げ、コンデ
ンサ素子内部への溶液の浸透がより促進されることにな
る。

【００２０】

【作用】この発明によれば、ポリアニリン溶液のコンデ
ンサ素子への一度の注入量は僅かなため、ポリアニリン
溶液はコンデンサ素子の内部に毛細管現象によって吸収
され、コンデンサ素子の巻回あるいは積層端面の溶液の
残留が少なくなる。この結果、溶媒を除去した際ポリア
ニリン層はコンデンサ素子の内部から形成されることに
なる。

【００２１】そして、溶液の注入、溶媒の除去の工程を
複数回繰り返すことで、ポリアニリン層がコンデンサ層
の内部から順次外部に向けて形成され、陽極電極の表面
に一様に固体電解質層が形成される。

【００２２】

【実施例】以下実施例に基づいてこの発明を説明する。
図１はこの発明の実施例で用いる巻回構造のコンデンサ
素子を示したものである。このコンデンサ素子１は、帯
状の陽極２と、陰極３およびこれら陽極２、陰極３より
僅かに広幅のセパレータ４とを重ねて巻回したものであ
る。なお、これら電極箔２、３には外部との電気的接続
を得るための陽極リード５および陰極リード６が各々の
対応する電極に圧接やかしめ付けなどの手段によって接
続され、巻回上部端面から引き出されている。

【００２３】このコンデンサ素子１の仕様について説明
する。陽極２には、高純度アルミニウム箔（箔厚９０μ
ｍ）を用い、エッチング処理後２２Ｖで陽極酸化処理を
施し、誘電体酸化皮膜を形成し、幅３ｍｍ、長さ２０ｍ
ｍに切断したものを用いた。陰極３は、厚さ２０μｍの
アルミニウム箔をエッチング処理のみしたものを幅３ｍ
ｍ、長さ３０ｍｍに切断したものを用いた。セパレータ
４は、厚さ８０μｍ、幅４ｍｍのガラス繊維紙を用い
た。

【００２４】実験は、図１に示す構造のコンデンサ素子
１に、この発明の方法によるポリアニリン溶液の浸透、
溶媒除去と、比較例として十分なポリアニリン溶液中に
コンデンサ素子を含浸して同様に溶媒を除去する方法と
で固体電解質層の形成を行った。この工程を３回繰り返
した。

【００２５】（本発明例による注入）Ｎ−メチルピロリ
ドン溶媒にポリアニリン１０％を溶解させた溶液２０μ
ｌをコンデンサ素子の巻回端から注入。次いでこのコン
デンサ素子を１５０℃で３０分間乾燥させて溶媒を除去
し、コンデンサ素子内にポリアニリン層を形成。この工
程を３回繰り返した。

【００２６】（比較例による注入）Ｎ−メチルピロリド
ン溶媒にポリアニリン１０％を溶解させた溶液にコンデ
ンサ素子を浸漬し、減圧下（１０ｍｍＨｇ）で１０分間
含浸。次いでこのコンデンサ素子を１５０℃で３０分間
乾燥させて溶媒を除去し、コンデンサ素子内にポリアニ
リン層を形成。この工程を３回繰り返した。

【００２７】以上の工程で固体電解質の形成が終了した
コンデンサ素子を以下の共通工程で処理した。まずドー
ピングのために、コンデンサ素子をｐ−トルエンスルホ
ン酸０．５ｍｏｌ／ｌおよび過硫酸アンモニウム０．３
ｍｏｌ／ｌの水溶液中に３０分浸漬し、エタノールで洗
浄後１００℃で６０分間乾燥させた。

【００２８】このコンデンサ素子を径４ｍｍ、長さ７ｍ
ｍのアルミニウム製ケースに収納し、開口部をエポキシ
樹脂で封じてコンデンサを完成させた。これらコンデン
サの特性を測定した結果表１に示す結果が得られた。特
に静電容量値については浸漬、溶媒除去の工程毎に測定
した。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１の結果からわかるように、この発明例
では静電容量の形成が最初は比較例に比べて低い値であ
る。これはポリアニリン溶液の注入量が少ないため一度
に大きな静電容量が得られないためである。しかし注
入、溶媒除去の工程を繰り返す度に静電容量が増加する
ことがわかる。一方比較例の場合は十分な量のポリアニ
リン溶液を含浸するので、初回で相当の静電容量に達す
る。しかし、巻回端面にまでポリアニリン層が形成され
ているので、その後工程を繰り返しても素子内部にまで
十分にポリアニリン層が形成されず静電容量の増大は芳
しくなく、結果として所望の静電容量を得られない。

【００３１】また、Ｔａｎδ、高周波ＥＳＲの値も、こ
の発明では優れた値が得られており、コンデンサ素子内
部に十分量の固体電解質層が緻密に形成されていること
がわかる。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、ポ
リアニリンを固体電解質として用いる固体電解コンデン
サの製造方法において、高い静電容量と優れた電気特性
を得ることができる。

【００３３】また、コンデンサ素子へのポリアニリン溶
液の注入が定量で行われ、しかも余剰の溶液が機械装置
を汚すことも少ないので、バッジ処理によらず連続生産
も可能となり、生産効率も上昇する。しかも溶液の使用
も無駄がなく経済性にも優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明で用いるコンデンサ素子の構造を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１ コンデンサ素子 ２ 陽極 ３ 陰極 ４ セパレータ ５ 陽極リード ６ 陰極リード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に誘電体酸化皮膜層が形成された陽
   極とセパレータと陰極とを重ねて巻回あるいは積層して
   なるコンデンサ素子の誘電体酸化皮膜の上面にポリアニ
   リンからなる固体電解質層を形成する固体電解コンデン
   サの製造方法において、溶媒に溶解したポリアニリン溶
   液を当該コンデンサ素子の固体電解質層形成に必要な溶
   液量より少ない液量をコンデンサ素子に注入し溶媒の除
   去を行い、この注入、溶媒除去の工程を複数回繰り返す
   ことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。