JPH07220983A - アルミニウム電解コンデンサおよび電解コンデンサ駆動用電解液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】アルミニウム電解コンデンサのコンデンサ特性
に優れるとともに、初期の特性で漏れ電流および損失の
少ないアルミニウム電解コンデンサを得る。 【構成】電解コンデンサ駆動用電解液の溶媒に４，５−
ジヒドロ２（３Ｈ）−チオフェノンを用いる。

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
解液およびその電解コンデンサ駆動用電解液を使用した
アルミニウム電解コンデンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム電解コンデンサは、表面に
酸化被膜を形成した陽極箔と陰極箔とをセパレータを介
して巻回したコンデンサ素子に電解コンデンサ駆動用電
解液を含浸し、このコンデンサ素子を封口体とともに外
装ケース内に組み込んだ構造を有する。また、陽極箔お
よび陰極箔にそれぞれ固着されたリード線は封口体を介
して外部に引き出されている。

【０００３】このような構造を有するアルミニウム電解
コンデンサ（以下、「電解コンデンサ」という。）は、
電極箔の表面に形成された酸化皮膜を誘電体として用い
ている。電解コンデンサ駆動用電解液（以下、「電解
液」という。）は、この電解コンデンサの陽極箔表面に
形成された酸化被膜に接し、真の陰極として機能してい
る。電解液の溶媒には通常γ−ブチロラクトン、γ−バ
レロラクトンなどのラクトン類を含む非プロトン溶媒、
エチレングリコールなどのグリコール類を含むアルコー
ル類や、アミド類およびエーテル類などが用いられてい
る。また、これらの溶媒に溶解される溶質には無機酸、
無機酸塩、有機酸および有機酸塩などが用いられてい
る。

【０００４】酸化被膜を誘電体に用いた電解コンデンサ
の特性を向上させるためには、電解液特性の向上が必要
である。従来はエチレングリコールを主溶媒に用いてい
たが、エチレングリコールは特に低温での粘度が高いた
めに電解コンデンサの低温特性が不充分であった。ま
た、近年は電解コンデンサも高温度下で使用されるよう
になり、電解コンデンサの高温度特性のさらなる向上が
求められている。このことから最近は、γ−ブチロラク
トンなどの非プロトン溶媒が電解液の溶媒としてよく用
いられている。非プロトン溶媒はエチレングリコールな
どの他の溶媒と比べて粘度が低く、特には低温度での粘
度が他の溶媒よりも格段に低いために低温特性に優れた
電解コンデンサが得られる。さらには、非プロトン溶媒
を電解液の溶媒に用いると電気伝導度が高い電解液が得
られる。また、非プロトン溶媒は低温域から高温域まで
の幅広い温度領域で安定しており、非プロトン溶媒を用
いた電解液にて電解コンデンサを作製するとコンデンサ
特性に優れ、信頼性の高い電解コンデンサを得ることが
できる。

【０００５】例えば、特開昭６１−７０７１１号公報に
はγ−ブチロラクトンを主溶媒とし、フタル酸のトリエ
チルアミン塩を溶質とした電解液が開示されている。ま
た、特開昭６２−１４５７１５号公報にはγ−ブチロラ
クトンを主溶媒として芳香族カルボン酸の第４級アンモ
ニウム塩を溶質とした電解液が開示されている。これら
の電解液は特に、低電圧用の電解コンデンサによく用い
られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たγ−ブチロラクトンなどの非プロトン溶媒を用いた電
解液はコンデンサ素子に対して含浸性が悪く、さらに詳
しくはコンデンサ素子のセパレータ、および電極箔の表
面に形成された酸化皮膜に対して浸透性が悪いという問
題があった。このために、エチレングリコールを溶媒と
した電解液を用いて作製した電解コンデンサに比べて、
γ−ブチロラクトンを溶媒とした電解液を用いて電解コ
ンデンサを作製すると初期の漏れ電流および損失が大き
くなるという欠点を有している。以上のことから、電解
コンデンサの初期の漏れ電流および損失の少ない電解コ
ンデンサが望まれていた。

【０００７】電解コンデンサの初期の漏れ電流および損
失が大きくなるという欠点を解消するために、従来はγ
−ブチロラクトンなどの非プロトン溶媒にエチレングリ
コールなどの他の溶媒を混合することによってコンデン
サ素子への含浸特性を向上させていた。しかし、非プロ
トン溶媒にエチレングリコールなどの他の溶媒を混合す
るために電解液の電気伝導度が低下していた。

【０００８】したがって、広い温度範囲で優れた粘性を
有し、コンデンサ素子への含浸特性を向上させるととも
に高い電気電導度を有した電解液の開発が望まれてい
た。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは種々の実験
と検討を重ねた結果、上述した課題を克服し、コンデン
サ素子への含浸特性に優れるとともに高い電気電導度を
有する電解液を発明した。さらには、本発明に係る電解
液を用いて初期の漏れ電流および損失の少ない電解コン
デンサを開発することに成功した。

【００１０】本発明は４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）−チ
オフェノンを単独にまたは他の有機溶媒と混合して主溶
媒とし、有機酸、有機酸塩、無機酸または無機酸塩など
を溶解させた電解液およびその電解液を用いて電解コン
デンサを作製することを特徴としたものである。

【００１１】本発明に係る４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）
−チオフェノンは溶媒として単独で用いることができる
が、他の有機溶媒と混合して用いるのが好ましい。この
場合、４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）−チオフェノンは電
解液中に３重量％以上あればよい。特には、電解液中の
４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）−チオフェノンは５重量％
〜６０重量％の範囲が好ましい。

【００１２】電解液中の４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）−
チオフェノンが３重量％未満であると、電解コンデンサ
の初期の漏れ電流および損失を改善する効果がない。さ
らには、電解液中の４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）−チオ
フェノンが５重量％以上存在すると、電解コンデンサの
初期の漏れ電流および損失を改善する効果が顕著であ
る。また、電解液中の４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）−チ
オフェノンが６０重量％を超えると、初期の漏れ電流お
よび損失を改善する効果に変化が見られなくなる。

【００１３】本発明に係る電解液の溶質としては無機
酸、無機酸塩、有機酸および有機酸塩などが挙げられ
る。本発明に係る無機酸はリン酸または硼酸などが好ま
しい。本発明に係る無機酸塩はリン酸塩または硼酸塩な
どが好ましい。さらには、無機酸は硼酸、無機酸塩は硼
酸塩が特に好ましい。本発明に係る有機酸はアゼライン
酸、アジピン酸、セバシン酸、サリチル酸、フタル酸、
マレイン酸、シトラコン酸、安息香酸またはグルタル酸
などが好ましい。本発明に係る有機酸塩はアゼライン酸
塩、アジピン酸塩、セバシン酸塩、サリチル酸塩、フタ
ル酸塩、マレイン酸塩、シトラコン酸塩、安息香酸塩ま
たはグルタル酸塩などが好ましい。上述した無機酸塩お
よび有機酸塩はアミン塩、アンモニウム塩または第４級
アンモニウム塩が好ましい。本発明に係るアミン塩はメ
チルアミン塩、エチルアミン塩、ジメチルアミン塩、ジ
エチルアミン塩、トリメチルアミン塩、トリエチルアミ
ン塩、ジメチルエチルアミン塩またはジエチルメチルア
ミン塩などが好ましい。本発明に係る第４級アンモニウ
ム塩はテトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルアン
モニウム塩、トリメチルエチルアンモニウム塩またはジ
メチルジエチルアンモニウム塩などが好ましい。

【００１４】これらの溶質を単独にまたは混合した溶質
の溶解量は、５重量％〜６０重量％の範囲が好ましい。
溶解量が５重量％未満であると電解液としての特性が不
充分であり、また、溶解量が６０重量％を超えると溶質
が溶解しにくくなるからである。さらには、電解液中の
溶質の溶解量が１０重量％〜４０重量％の範囲である
と、電解液の電気伝導度および火花発生電圧などの特性
に優れることから、特に好ましい。

【００１５】本発明に係る４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）
−チオフェノンを用いた溶媒に混合する有機溶媒はβ−
ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラク
トン、δ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、ε−
カプロラクトン、γ−ヘプタラクトン、γ−ヒドロキシ
−ｎ−カプリル酸ラクトン、γ−ノナラクトン、δ−ノ
ナラクトン、δ−デカラクトンまたはγ−ウンデカラク
トンなどのラクトン類を含む非プロトン溶媒、エチレン
グリコール、エチレングリコールモノアルキルエーテ
ル、エチレングリコールジアルキルエ−テル、プロピレ
ングリコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリ
コールモノアルキルエーテル、ジエチレングリコールジ
アルキルエーテル、ポリエチレングリコールまたはグリ
セリンなどのグリコール類を含むアルコール類、エーテ
ル類またはアミド類などが挙げられる。これらの溶媒を
各々単独または混合するとともに４，５−ジヒドロ２
（３Ｈ）−チオフェノンと混合して主溶媒として用い
る。

【００１６】さらには、非プロトン溶媒を４，５−ジヒ
ドロ２（３Ｈ）−チオフェノンと混合するのが電解液特
性上好ましい。非プロトン溶媒の中でも特には、γ−ブ
チロラクトンを用いて４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）−チ
オフェノンと混合するのが、容易でかつ安価であるので
好ましい。また、本発明に係る４，５−ジヒドロ２（３
Ｈ）−チオフェノンと混合する溶媒は非プロトン溶媒、
アルコール類、エーテル類およびアミド類のみに限定す
るものではない。

【００１７】本発明においては、本発明に係る電解液の
酸化皮膜修復能力などの電解液特性を向上させるために
無機酸を単独にまたは混合して電解液中に添加してもよ
い。さらには、無機酸塩を電解液特性向上のために単独
にまたは混合して電解液中に添加してもよい。また、無
機酸と無機酸塩とを混合して電解液中に添加してもよ
い。

【００１８】添加する無機酸および無機酸塩の種類と電
解液への添加量は硼酸０．１重量％〜１０重量％、好ま
しくは０．１重量％〜５重量％、硼酸塩０．１重量％〜
１０重量％、好ましくは０．１重量％〜５重量％、リン
酸０．１重量％〜１０重量％、好ましくは０．１重量％
〜５重量％またはリン酸塩０．１重量％〜１０重量％、
好ましくは０．１重量％〜５重量％である。

【００１９】また、上述した無機酸または無機酸塩と同
様に本発明に係る電解液の酸化皮膜修復能力などの電解
液特性向上のために電解液にマンニット、ソルビットな
どの多糖類を単独にまたは混合してもよい。さらには、
多糖類を無機酸または無機酸塩と混合して電解液中に添
加してもよい。多糖類の電解液への添加量は０．１重量
％〜１０重量％、好ましくは０．１重量％〜５重量％で
ある。

【００２０】さらには、ニトロ化合物などをガス吸収剤
として０．１重量％〜１０重量％、好ましくは０．１重
量％〜５重量％添加してもよい。

【００２１】さらに、電解コンデンサの初期の損失角の
正接（ｔａｎδ）を改善するために、本発明に係る電解
液にケトン類を０．１重量％〜１０重量％、好ましくは
０．１重量％〜５重量％を添加してもよい。

【００２２】本発明に係る電解液のｐＨは必要に応じて
所望のｐＨ調整剤を添加することにより４〜１２、好ま
しくは５〜７に調整される。また、電解液中の水分の存
在はアルミニウム箔の腐蝕の原因などになるので、出来
るだけ存在しない方が望ましいが、５重量％程度以下で
あれば特に不都合は生じない。

【００２３】

【実施例】まず、本発明に係る電解液の組成を比較例と
ともに説明する。なお、各比較例の電解液および各実施
例の電解液の電気伝導度（μＳ／ｃｍ）は液温４０℃に
て、火花発生電圧（Ｖ）は液温８５℃にてそれぞれ測定
した。

【００２４】〈比較例１〉本比較例の電解液はγ−ブチ
ロラクトンを溶媒とし、フタル酸テトラメチルアンモニ
ウム塩を溶解したものである。 電解液組成；フタル酸テトラメチルアンモニウム塩 ２５重量％ γ−ブチロラクトン ７４重量％ ｐ−ニトロ安息香酸 １重量％ 電気伝導度は１２５００μＳ／ｃｍ、火花発生電圧は４
８Ｖであった。

【００２５】〈比較例２〉本比較例の電解液はγ−ブチ
ロラクトンとエチレングリコールを混合して溶媒とし、
フタル酸テトラメチルアンモニウム塩を溶解したもので
ある。 電解液組成；フタル酸テトラメチルアンモニウム塩 ２５重量％ γ−ブチロラクトン ６４重量％ ｐ−ニトロ安息香酸 １重量％ エチレングリコール １０重量％ 電気伝導度は１００００μＳ／ｃｍ、火花発生電圧は６
０Ｖであった。

【００２６】〈比較例３〉本比較例の電解液はγ−ブチ
ロラクトンとエチレングリコールを混合して溶媒とし、
フタル酸トリエチルアミン塩を溶解したものである。 電解液組成；フタル酸トリエチルアミン塩 ２０重量％ γ−ブチロラクトン ６４重量％ エチレングリコール １６重量％ 電気伝導度は１００００μＳ／ｃｍ、火花発生電圧は９
０Ｖであった。

【００２７】〈実施例１〉本実施例の電解液はγ−ブチ
ロラクトンと４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）−チオフェノ
ンを混合して溶媒とし、フタル酸テトラメチルアンモニ
ウム塩を溶解したものである。 電解液組成；フタル酸テトラメチルアンモニウム塩 ２５重量％ γ−ブチロラクトン ６４重量％ ｐ−ニトロ安息香酸 １重量％ ４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）−チオフェノン １０重量％ 電気伝導度は１２５００μＳ／ｃｍ、火花発生電圧は４
８Ｖであった。

【００２８】〈実施例２〉本実施例の電解液はγ−ブチ
ロラクトン、エチレングリコールおよび４，５−ジヒド
ロ２（３Ｈ）−チオフェノンを混合して溶媒とし、フタ
ル酸トリエチルアミン塩を溶解したものである。 電解液組成；フタル酸トリエチルアミン塩 ２０重量％ γ−ブチロラクトン ５４重量％ エチレングリコール １６重量％ ４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）−チオフェノン １０重量％ 電気伝導度は１００００μＳ／ｃｍ、火花発生電圧は９
０Ｖであった。

【００２９】比較例１、比較例２および実施例１の電気
伝導度と火花発生電圧を比較すると、比較例１と実施例
１は同じであった。しかし、実施例１の溶媒中に含有す
る４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）−チオフェノンをエチレ
ングリコールに代えた比較例２は、火花発生電圧が向上
したものの電気伝導度が大幅い低下した。なお、比較例
３と実施例２は電気伝導度および火花発生電圧ともに同
等であった。このことから、本発明に係る４，５−ジヒ
ドロ２（３Ｈ）−チオフェノンを溶媒中に混合しても電
気伝導度と火花発生電圧を低下させないことが分かる。

【００３０】次に、比較例１乃至比較例３ならびに実施
例１および実施例２の電解液を用いて定格電圧１６Ｖ、
静電容量２７００μＦ（製品サイズ；直径１８ｍｍ、軸
長２０ｍｍ）の電解コンデンサを各々３０個作製した。
作製した電解コンデンサの静電容量、損失角の正接（ｔ
ａｎδ）および漏れ電流を測定した。測定結果の平均値
を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１に示した比較例１乃至比較例３ならび
に実施例１および実施例２の静電容量は２７００μＦ〜
２７５０μＦであり、大きな差異はない。損失角の正接
と漏れ電流について、実施例１は比較例１および比較例
２と、実施例２は比較例３と比較した。損失角の正接は
比較例１が０．１２、比較例２が０．１４あるのに対し
て、実施例１は０．０８である。また、比較例３が０．
１４あるのに対して実施例２は０．１０である。実施例
は比較例と比較して損失角の正接が小さいことから損失
が少ないことが分かる。漏れ電流は比較例１が１４．６
μＡ、比較例２が１６．４μＡあるのに対して、実施例
１は６．４μＡである。また、比較例３が７．４μＡあ
るのに対して実施例２は４．２μＡである。実施例は比
較例と比較して漏れ電流の数値が小さいことから漏れ電
流が格段に少ないことが分かる。

【００３３】次に、各電解コンデンサに定格電圧１６Ｖ
を印加しながら１１０℃の温度下で負荷試験を２０００
時間実施した。負荷試験実施後の、比較例１乃至比較例
３の電解コンデンサならびに実施例１および実施例２の
電解コンデンサの静電容量の変化率（ΔＣ／Ｃ）、損失
角の正接および漏れ電流の平均値を表２に示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２に示した実施例１を比較例１および比
較例２と、実施例２を比較例３と比較した。静電容量の
変化率は比較例１が−３．５％、比較例２が−３．６％
であるのに対して、実施例１は−３．４％である。ま
た、比較例３および実施例２ともに−４．５％である。
実施例と比較例に差異はない。損失角の正接は比較例１
が０．１３、比較例２が０．１４あるのに対して、実施
例１は０．１０である。また、比較例３が０．１６ある
のに対して実施例２は０．１２である。実施例は比較例
と比較して損失角の正接が小さいことから損失が少ない
ことが分かる。漏れ電流は比較例１が１０．６μＡ、比
較例２が８．９μＡあるのに対して、実施例１は２．２
μＡである。また、比較例３が３．４μＡあるのに対し
て実施例２は１．９μＡである。このことから、実施例
は比較例と比較して漏れ電流の数値が小さいことから漏
れ電流が格段に少ないことが分かる。以上のことから、
４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）−チオフェノンを溶媒中に
含有させた実施例が、４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）−チ
オフェノンを溶媒中に含有させていない比較例よりもコ
ンデンサ特性に優れていることが分かる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、溶媒中に４，５−
ジヒドロ２（３Ｈ）−チオフェノンを含有させることに
より、広い温度範囲で優れた粘性を有するとともに、コ
ンデンサ素子への含浸特性に優れ、高い電気電導度を維
持した電解液が得られる。したがって、優れたコンデン
サ特性を有する電解コンデンサを得ることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶媒として、少なくとも４，５−ジヒドロ
   ２（３Ｈ）−チオフェノンを含有する溶媒を用いたこと
   を特徴とする電解コンデンサ駆動用電解液。
2. 【請求項２】アルミニウム陽極箔とアルミニウム陰極箔
   とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に、少
   なくとも４，５−ジヒドロ２（３Ｈ）−チオフェノンを
   含有する溶媒を用いた電解コンデンサ駆動用電解液を含
   浸し、このコンデンサ素子を封口体とともに外装ケース
   内に組み込んだことを特徴とする電解コンデンサ。