JPH11283880A - 電解コンデンサ用電解液及びそれを用いた電解コンデンサ - Google Patents

電解コンデンサ用電解液及びそれを用いた電解コンデンサ

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JPH11283880A
JPH11283880A JP8562898A JP8562898A JPH11283880A JP H11283880 A JPH11283880 A JP H11283880A JP 8562898 A JP8562898 A JP 8562898A JP 8562898 A JP8562898 A JP 8562898A JP H11283880 A JPH11283880 A JP H11283880A
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triazole
electrolytic capacitor
solute
electrolytic solution
electrolyte
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JP8562898A
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Makoto Ue
誠 宇恵
Masayuki Takeda
政幸 武田
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Chemical Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い電導度と高い耐電圧性を有する電解コン
デンサ様電解液を提供する。 【解決手段】 溶質のアニオン成分がトリアゾールまた
はテトラゾール骨格を有することを特徴とする電解コン
デンサ用電解液。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電解コンデンサ用電
解液及びそれを用いた電解コンデンサに関する。更に詳
しくは高い電導度と高い耐電圧を実現した電解コンデン
サ用電解液及びそれを用いた電解コンデンサに関する。
【0002】
【従来の技術】電解コンデンサは、アルミニウム、タン
タル等の絶縁性酸化皮膜層が形成され得るいわゆる弁金
属を陽極に用い、その表面を陽極酸化処理等の手段を用
いて処理して、前記の絶縁性の酸化皮膜薄膜を誘電体層
に形成したものを陽極側電極に用いたものである。そし
て、この例として図1に例示されるような巻回型素子構
造が一般に知られている。図1は巻回型素子を示す斜視
図であって、陽極側電極(1)に対向させて陰極側電極
(2)を配置し、陽極側電極(1)と陰極側電極(2)
の間にセパレータ(3)を介在させ、このセパレータ
(3)に電解液を保持させている。これを、図2にその
断面図を示すように、アルミニウム等の材質の外装ケー
ス(6)に入れ、該ケースをブチルゴム等の封口材
(5)を用いて密閉してなるものを電解コンデンサと言
う。
【0003】陽極側電極(1)は、通常表面積の拡大の
ためエッチング処理されている。電解コンデンサの中で
も、酸化アルミニウムを誘電体に用いたアルミ電解コン
デンサでは、陽極側電極でエッチング処理された凹凸面
に、陰極側電極の電界を伝達するための電解液が使用さ
れる。電解液は、陽極の凹凸面に密接して、実質的な陰
極として機能するものである。このため電解液の電導
度、温度特性等が電解コンデンサとしての電気的特性
(インピーダンス、誘電損失(tanδ)、等価直列抵
抗(ESR)等)を決定する要因となる。
【0004】又、電解液には、絶縁性の酸化皮膜薄膜の
劣化や損傷を修復する役割(化成性)が要求され、これ
が電解コンデンサの漏れ電流(LC)や寿命特性へ影響
を及ぼす。このように、電解液は電解コンデンサの特性
を左右する重要な構成要素である。電解液の特性の中で
も、電導度は、電解コンデンサのエネルギー損失、イン
ピーダンス特性等に直接関わることから、高い電導度を
有する電解液の開発が盛んに行われている。代表的なも
のとして各種カルボン酸の四級アンモニウム塩をγ−ブ
チロラクトン等の非プロトン性溶媒に溶解した電解液
(特開昭62−145713号公報および特開昭62−
145715号公報)、各種カルボン酸のアミジニウム
塩をγ−ブチロラクトン等の非プロトン性溶媒に溶解し
た電解液(国際特許公開WO95−15572号公報)
が知られているが、電解液の耐電圧が比較的低いために
定格電圧の高いコンデンサには適用できない。そのため
高い電導度を保ちつつ、高い耐電圧性を有する電解液の
開発が望まれていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高い電導度
とともに高い耐電圧性を有する電解コンデンサ用電解液
を得ることを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
のため鋭意検討した結果、トリアゾールまたはテトラゾ
ール骨格を有するアニオンを含有する電解液を使用する
ことで高い電導度とともに高い耐電圧性を達成できるこ
とを見出し、本発明に達成した。即ち、本発明の要旨
は、溶質のアニオン成分がトリアゾールまたはテトラゾ
ール骨格を有することを特徴とする電解コンデンサ用電
解液に関するものである。本発明は又かかる電解液を用
いた電解コンデンサにも関する。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いる電解液の溶質の主成分は、アニオン成分
がトリアゾールまたはテトラゾール骨格を有する化合物
である。このトリアゾールまたはテトラゾール骨格は置
換基(或いは縮合環)を有していても良い。置換基は、
特に限定されるものではないが、例えばアルキル基やベ
ンゾ基(縮合環)、メルカプト基、カルボキシル基等が
好ましい。
【0008】アニオン成分の好適な具体例としては、1
H−1,2,4−トリアゾール、1,2,3−トリアゾ
ール、1,2,3−ベンゾトリアゾール、カルボキシベ
ンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メ
チルフェニル)ベンゾトリアゾール、3−メルカプト−
1,2,4−トリアゾール、1,2,3−トリアゾール
−4,5−ジカルボン酸、3−メルカプト−5−メチル
−1,2,4−トリアゾール、1,2,3,4−テトラ
ゾール等あるいはこれらの混合物から1個のプロトンが
はずれて生ずるアニオンが挙げられる。特に好ましくは
1H−1,2,4−トリアゾール、1,2,3−トリア
ゾール、1,2,3−ベンゾトリアゾールから生ずるア
ニオン等である。
【0009】本発明で用いる電解液の溶質のカチオン成
分の好適な具体例としては、アンモニウム、トリメチル
アンモニウム、エチルジメチルアンモニウム、ジエチル
メチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、テトラ
メチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、
テトラエチルアンモニウム等の四級アンモニウム類;テ
トラメチルホスホニウム、トリエチルメチルホスホニウ
ム、テトラエチルホスホニウム等の四級ホスホニウム
類;1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリニウム、
1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム、1,
3−ジメチルイミダゾリウム、1−エチル−2−メチル
イミダゾリウム、1,2−ジメチル−1,4,5,6−
テトラヒドロピリミジニウム、1,8−ジアゾニアビシ
クロ[5.4.0]ウンデセン−7、1,5−ジアゾニ
アビシクロ[4.3.0]ノネン−5、1−メチルイミ
ダゾリウム等のアミジニウム類等あるいはこれらの混合
物が挙げられる。特に好ましくは、トリエチルメチルア
ンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラエチル
ホスホニウム、1,2,3,4−テトラメチルイミダゾ
リニウム、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニ
ウム等である。
【0010】本発明で用いる電解液の溶媒の好適な具体
例としては、エチレングリコール、グリセリン、メチル
セロソルブ等のアルコール溶媒;γ−ブチロラクトン、
γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン等のラクトン
溶媒;N−メチルホルムアミド、N−エチルホルムアミ
ド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチル
アセトアミド、N−メチルピロリジノン等のアミド溶
媒;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、
ブチレンカーボネート等のカーボネート溶媒;スルホラ
ン、3−メチルスルホラン等のスルホン溶媒;3−メト
キシプロピオニトリル、グルタロニトリル等のニトリル
溶媒;リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等のリン酸
エステル溶媒等あるいはこれらの混合物が挙げられる。
これらの中、トリアゾールまたはテトラゾール骨格を有
する化合物およびその塩に対して大きな溶解力を有し、
また温度特性に優れた電解液が得られる溶媒であるγ−
ブチロラクトンやエチレングリコールが好ましい。特に
好ましくはγ−ブチロラクトンである。
【0011】本発明の電解液として、特に好ましいの
は、溶質のアニオン成分が1H−1,2,4−トリアゾ
ール、1,2,3−トリアゾール、1,2,3−ベンゾ
トリアゾールのうちの少なくとも一種から1個のプロト
ンがはずれて生じるアニオンであり、溶質のカチオン成
分が四級アンモニウム、四級ホスホニウムまたはアミジ
ニウムのうちの少なくとも一種類であり、主たる溶媒が
γ−ブチロラクトンである組み合わせからなる電解液で
ある。
【0012】本発明ではアニオン成分の原料としてトリ
アゾールまたはテトラゾール骨格を有する化合物以外
に、他のカルボン酸またはその塩を混合して用いること
ができる。その具体例としては、安息香酸、フタル酸、
マレイン酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、
1,6−デカンジカルボン酸、1,7−オクタンジカル
ボン酸あるいはこれらの混合物が挙げられる。
【0013】本発明に記載の電解液の製造方法の例とし
ては、(1)適当な合成法により得られた溶質を溶媒に
溶解する、(2)溶媒中でカチオン成分とアニオン成分
の中和反応を行う等が挙げられる。カチオン成分やアニ
オン成分はそれを含む溶液として市販されているものも
あるので、その溶媒が電解液の成分として不要であれ
ば、溶質の合成後または溶媒に溶解して電解液とした後
に除去すればよい。中和反応により生成した水や、溶質
の合成反応で用いた溶媒や不要な生成物も同様である。
溶質が四級アンモニウム塩である場合、例えば特公平8
−19060号公報に記載の方法により溶質を合成し、
これを溶媒に溶解することにより、本発明に記載の電解
液が製造できる。溶質がアミジニウム塩である場合、例
えば特願平8−174895号公報に記載の方法により
溶質を合成し、これを溶媒に溶解することにより、本発
明に記載の電解液が製造できる。
【0014】本発明電解液の溶質の量は、溶媒と該溶質
との合計重量に対して5〜30重量%含有するのが好ま
しい。また、本発明の電解液には、化成性の向上等の目
的で0.01〜20重量%(対電解液)の範囲で水を含
有させることもできる。また、本発明電解液は、必要に
よりさらに添加剤を含有させることもできる。添加剤と
しては、例えばホウ酸およびその塩類、ホウ酸と多価ア
ルコール類(エチレングリコール、マンニトール、ポリ
ビニルアルコール等)との錯化合物等のホウ素化合物
類;リン酸およびその塩類、酸性リン酸エステル類(リ
ン酸ジブチル、リン酸ビス(2−エチルヘキシル))、
酸性ホスホン酸エステル類(2−エチルヘキシルホスホ
ン酸(2−エチルヘキシル)等)のリン化合物類;ニト
ロ安息香酸、ニトロフェノール、ニトロアセトフェノ
ン、ジニトロベンゼン、ニトロベンジルアルコール等の
芳香族ニトロ化合物類;シリカ、アルミノシリケート等
の無機酸化物コロイド粒子等々が挙げられる。これらの
添加剤を添加することにより化成特性の改善、さらなる
耐電圧の向上、コンデンサ内部での水素ガス発生の抑制
効果等が期待される。
【0015】本発明の電解液は、金属表面に電気絶縁性
の酸化皮膜を有する陽極側電極と、これにセパレータを
介して対向して配置された陰極側電極を有する構造の電
解コンデンサに使用される。この様なコンデンサのとし
て例えば図1に示す巻回型のアルミニウム電解コンデン
サが挙げられる。かかる巻回型コンデンサに於いて、本
発明の電解液は、図1の3で示されるセパレータ(スペ
ーサーとも言う)に含浸させて使用される。セパレータ
は、クラフト紙、マニラ紙、不織布等が一般に使用され
る。
【0016】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体
的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定
されるものではない。 実施例1 カチオン成分の原料である水酸化テトラエチルアンモニ
ウム水溶液に、アニオン成分の原料である1H−1,
2,4−トリアゾールを等モル量混合、溶解した後、脱
水して合成した溶質25重量部を、γ−ブチロラクトン
75重量部に溶解して電解液を製造し、25℃における
電導度を測定した。
【0017】又、この電解液を含浸させたセパレータ紙
及びアルミニウム箔からなる陽極及び陰極を使用して、
図1に示した巻回型素子を作成し、アルミ外装ケースに
収納してブチルゴムで封口した構造の定格電圧200W
V、静電容量68μFのアルミ電解コンデンサを製造し
た。このコンデンサに10mAの定電流を印加したとき
の電圧−時間の上昇カーブではじめにスパイクあるいは
シンチレーションが観測された電圧値を測定し耐電圧と
した。結果を表−1に示した。
【0018】実施例2−6及び比較例1−3 表−1に示す溶質25重量部を、γ−ブチロラクトン7
5重量部に溶解して電解液を製造し、実施例1と同様に
して、25℃における電導度及び耐電圧を測定した。結
果を表−1に示した。なお、実施例2の電解液溶質は、
アニオン成分原料として1,2,3−トリアゾールを用
いる他は実施例1と同様にして調製した。
【0019】実施例3の電解液溶質は、アニオン成分と
して1,2,3−ベンゾトリアゾールを用いる他は実施
例1と同様にして調製した。実施例4の電解液溶質は、
カチオン成分原料として水酸化テトラエチルホスホニウ
ム水溶液を用いる他は実施例3と同様にして調製した。
比較例1の電解液溶質は、アニオン成分原料として安息
香酸を用いる他は実施例1と同様にして合成した。
【0020】実施例5の電解液は、特開平10−175
54号公報記載の方法に従って、1−エチル−2−メチ
ルイミダゾリンと炭酸ジメチルをメタノール中で反応さ
せて、炭酸メチル(1−エチル−2,3−ジメチルイミ
ダゾリニウム)メタノール溶液を合成し、引き続きこれ
に1H−1,2,4−トリアゾールを添加後、溶媒を留
去することにより溶質を合成し、γ−ブチロラクトンに
溶解することにより調製した。
【0021】実施例6の電解液は、アニオン成分原料と
して1,2,3−ベンゾトリアゾールを用いる他は実施
例5と同様にして調製した。比較例2の電解液はアニオ
ン成分として安息香酸を用いる他は実施例5と同様にし
て調製した。比較例3に記載の電解液はアニオン成分と
してフタル酸を用いる他は実施例5と同様にして調製し
た。表−1の実験結果から明らかな様に、本発明の電解
液は8mS/cmを越える高い電導度を有しており、こ
の電解液を用いて作成したアルミ電解コンデンサは、ア
ニオン成分が異なる従来の電解液の場合と比較して高い
耐電圧性を有する。
【0022】
【表1】
【0023】
【発明の効果】本発明の電解コンデンサ用電解液は、高
い電導度とともに高い耐電圧性を有する。そのため、本
発明の電解コンデンサ用電解液を用いることにより、低
損失で低いインピーダンス特性を有する電解コンデンサ
をより高い定格電圧領域でも実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電解コンデンサの巻回型素子の斜視図。
【図2】巻回型素子を外装ケースに収納した電解コンデ
ンサの断面図。
【符号の説明】
1 陽極 2 陰極 3 セパレータ 4 リード線 5 封口材 6 外装ケース

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶質のアニオン成分がトリアゾールまた
    はテトラゾール骨格を有することを特徴とする電解コン
    デンサ用電解液。
  2. 【請求項2】 溶質のアニオン成分が1H−1,2,4
    −トリアゾール、1,2,3−トリアゾール、1,2,
    3−ベンゾトリアゾールの中の少なくとも一種類から1
    個のプロトンがはずれて生ずるアニオンであることを特
    徴とする請求項1に記載の電解コンデンサ用電解液。
  3. 【請求項3】 溶質のカチオン成分が四級アンモニウム
    イオン、四級ホスホニウムイオンまたはアミジニウムイ
    オンの中の少なくとも一種類であることを特徴とする請
    求項1または2に記載の電解コンデンサ用電解液。
  4. 【請求項4】 主たる溶媒がγ−ブチロラクトンである
    ことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の電解
    コンデンサ用電解液。
  5. 【請求項5】 金属表面に電気絶縁性の酸化皮膜を有す
    る陽極側電極と、これにセパレーターを介して対向して
    配置された陰極側電極を有する構造の電解コンデンサで
    あって、該セパレーターに請求項1乃至4の何れかに記
    載の電解液を保持していることを特徴とする電解コンデ
    ンサ。
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