JPH1167605A - 電解コンデンサ用電解液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 火花電圧および電導度が高く、かつ高温での
安定性のある中高圧用の電解液を提供する。 【解決手段】 有機極性溶媒を主体とする溶媒中に、
（化１）で示される総炭素数１４〜１６の脂肪族飽和ジ
カルボン酸化合物またはその塩を溶解したもので、この
脂肪族飽和ジカルボン酸は（化１）に示される位置に側
鎖としてメチル基を有しているので、溶解性が向上す
る。そのため、溶質である脂肪族飽和ジカルボン酸化合
物またはその塩の濃度を高めることによって高電導度を
得ることができ、さらにその際に火花電圧が低下するこ
とがない。また、高温での安定性も良好であり、この電
解液を用いることによって、信頼性の高い中高圧用電解
コンデンサを得ることができる。

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
電解液に関し、更に詳しくは中高圧用の電解液に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】電解コンデンサ用電解液は、アルミニウ
ムまたはタンタルなどの表面に絶縁性の酸化皮膜が形成
された弁金属を陽極電極に使用し、前記酸化皮膜層を誘
電体とし、この酸化皮膜層の表面に電解質層となる電解
液を接触させ、さらに通常陰極と称する集電用の電極を
配置して構成されている。

【０００３】電解コンデンサ用電解液は、上述のように
誘電体層に直接に接触し、真の陰極として作用する。即
ち、電解液は電解コンデンサの誘電体と集電陰極との間
に介在して、電解液の抵抗分が電解コンデンサに直列に
挿入されていることになる。故に、その電解液の特性が
電解コンデンサ特性を左右する大きな要因となる。

【０００４】電解コンデンサの従来技術においては、中
高圧用の電解液として、火花電圧が比較的高く得られる
ことから、エチレングリコールからなる溶媒にほう酸ま
たはほう酸アンモニウムを溶質として溶解した電解液が
用いられていた。しかしながら、このような電解液にお
いては、電導率が低く、さらにエチレングリコールとほ
う酸のエステル化により多量の水が生成するため、１０
０℃以上では水の蒸発によって内圧が上昇し、また電極
であるアルミニウムと反応しやすくなるという問題も発
生し、高温での使用に適さなかった。

【０００５】このような欠点を解決するために、セバシ
ン酸、やアゼライン酸等の有機ジカルボン酸が用いられ
ることもあるが、これらは溶解性が低いため、低温にお
いて結晶が析出しやすくコンデンサの低温特性を劣化さ
せるという欠点を免れ得なかった。さらに、特公昭６０
−１３２９６号公報に示されているようにブチルオクタ
ン二酸を溶質として用いる例や特公昭６３−１５７３８
号公報に示されているように５，６−デカンジカルボン
酸を溶質として用いた例がある。これらの二塩基酸ある
いはその塩を用いた電解液では、火花電圧および電導度
が高く、しかもエステル化が非常に遅く水の生成が少な
いので高温での安定性を得ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
中高圧用電解コンデンサが使用されるインバーターの動
作速度の高周波化などが進み、さらに火花電圧および電
導度が高く、かつ高温での安定性のある、信頼性の高い
電解液が求められている。本発明は、分子数の大きい脂
肪族飽和ジカルボン酸を用いれば火花電圧が高くなるこ
とに着目し、特定の脂肪族飽和ジカルボン酸を電解質に
用いれば、火花電圧および電導度が高く、かつ高温で安
定な電解液が得られるということを見出したもので、火
花電圧および電導度が高く、かつ高温での安定性のある
中高圧用の電解液を提供することをその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の電解コンデンサ用電解液は、有機極性溶媒を
主体とする溶媒中に、一般式：

【化２】 （式中、ｎ＝１０〜１２である。）で示される総炭素数
１４〜１６の脂肪族飽和ジカルボン酸化合物またはその
塩を溶解した電解コンデンサ用電解液。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の、脂肪族飽和ジカルボン
酸の例としては、１−メチル−１，１１−ウンデカンジ
カルボン酸、１−メチル−１，１２−ドデカンジカルボ
ン酸、１−メチル−１，１３−トリデカンジカルボン酸
が挙げられる。

【０００９】一般に、電解コンデンサの電解液に用いら
れる有機カルボン酸の総炭素数が大きくなると、一定の
濃度に対しては火花電圧は大きくなるが、それにともな
って電導度は小さくなる。さらに、溶解性も小さくなる
ので、濃度を高めて電導度を高めるということができな
くなる。しかしながら、本願発明の（化２）で示される
脂肪族飽和ジカルボン酸は、（化２）に示す位置に側鎖
としてメチル基を有しているので、溶解性が向上する。
そのため、溶質である脂肪族飽和ジカルボン酸化合物ま
たはその塩の濃度を高めることによって高電導性が得る
ことができ、さらにその際に火花電圧が低下することが
ない。また、濃度を高めることによって耐塩素性も向上
する。

【００１０】また、このようなカルボキシル基を有する
有機酸においては、エチレングリコールなどの水酸基を
有する溶媒を用いた場合に、通常高温度保存中にカルボ
キシル基と水酸基によるエステル化反応が進行し、イオ
ンの減少によって電導度が低下する。

【００１１】しかしながら、本願発明の脂肪族飽和ジカ
ルボン酸においては、一方のα位炭素にメチル基が結合
しているので、このメチル基の立体障害によってカルボ
キシル基と水酸基によるエステル化反応が低減する。そ
のことによって、エチレングリコールなどの水酸基を有
する溶媒を用いた場合にも、高温保存中の電導度の低下
を抑制することができ、結果として、長時間ｔａｎδ特
性の安定した電解コンデンサが得られる。この際に、も
う一方のカルボキシル基に結合している炭素原子には水
素原子が結合しておりカルボキシル基の解離度が低減せ
ず、高電導度を保つことができる。本願発明の脂肪族飽
和ジカルボン酸では、これらの構造が作用して高電導度
が維持され、高温保存中の電導度の低下が抑制されてい
るものと推定される。

【００１２】本発明の脂肪族飽和ジカルボン酸塩として
は、脂肪族飽和ジカルボン酸のアンモニウム塩、アミン
塩、４級アンモニウム塩および環状アミジン化合物の四
級塩が挙げられる。アミン塩を構成するアミンとしては
１級アミン（メチルアミン、エチルアミン、プロピルア
ミン、ブチルアミン、エチレンジアミン等）、２級アミ
ン（ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミ
ン、メチルエチルアミン、ジフェニルアミン等）、３級
アミン（トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプ
ロピルアミン、トリフェニルアミン、１，８─ジアザビ
シクロ（５，４，０）─ウンデセン─７等）が挙げられ
る。第４級アンモニウム塩を構成する第４級アンモニウ
ムとしてはテトラアルキルアンモニウム（テトラメチル
アンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロ
ピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、メチル
トリエチルアンモニウム、ジメチルジエチルアンモニウ
ム等）、ピリジウム（１─メチルピリジウム、１─エチ
ルピリジウム、１，３─ジエチルピリジウム等）が挙げ
られる。また、環状アミジン化合物の四級塩を構成する
カチオンとしては、以下の化合物を四級化したカチオン
が挙げられる。すなわち、イミダゾール単環化合物（１
─メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾー
ル、１，４─ジメチル─２─エチルイミダゾール、１─
フェニルイミダゾール等のイミダゾール同族体、１−メ
チル−２−オキシメチルイミダゾール、１−メチル−２
−オキシエチルイミダゾール等のオキシアルキル誘導
体、１−メチル−４（５）−ニトロイミダゾール、１，
２−ジメチル−４（５）−ニトロイミダゾール等のニト
ロおよびアミノ誘導体）、ベンゾイミダゾール（１−メ
チルベンゾイミダゾール、１−メチル−２−ベンジルベ
ンゾイミダゾール等）、２−イミダゾリン環を有する化
合物（１─メチルイミダゾリン、１，２−ジメチルイミ
ダゾリン、１，２，４−トリメチルイミダゾリン、１，
４−ジメチル−２−エチルイミダゾリン、１−メチル−
２−フェニルイミダゾリン等）、テトラヒドロピリミジ
ン環を有する化合物（１−メチル−１，４，５，６−テ
トラヒドロピリミジン、１，２−ジメチル−１，４，
５，６−テトラヒドロピリミジン、１，８−ジアザビシ
クロ〔５．４．０〕ウンデセン−７、１，５−ジアザビ
シクロ〔４．３．０〕ノネン等）等である。これらのう
ちで好ましいものはアンモニウム塩である。

【００１３】有機極性溶媒はプロトン性極性溶媒のグリ
コール類を主として組み合わせた溶媒が一般的である
が、非プロトン性極性溶媒も用いることができる。プロ
トン性の有機極性溶媒としては、一価アルコール類（エ
タノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、
ヘキサノール、シクロブタノール、シクロペンタノー
ル、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等）、多
価アルコール類およびオキシアルコール化合物類（エチ
レングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、
メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メトキシプロピ
レングリコール、ジメトキシプロパノール等）などが挙
げられる。非プロトン性の有機極性溶媒としては、アミ
ド系（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、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、ヘキサメチルホスホリックアミ
ド等）、ラクトン類、環状アミド系（γ─ブチロラクト
ン、Ｎ─メチル─２─ピロリドン、エチレンカルボネイ
ト、プロピレン─カルボネート、イソブチレンカルボネ
ート、イソブチレンカルボネート等）、ニトリル系（ア
セトニトリル等）、オキシド系（ジメチルスルホキシド
等）などが代表として挙げられる。

【００１４】本発明の電解コンデンサ用電解コンデンサ
における（化１）で示される脂肪族飽和ジカルボン酸の
含有量は、電解液の重量に基づいて通常０．１〜３０重
量％、好ましくは３〜２０％である。

【００１５】さらに、本発明の電解コンデンサ用電解液
に、ほう酸、マンニット、ノニオン性界面活性剤、コロ
イダルシリカ等を添加することによって、その効果の向
上をはかることができる。

【００１６】また、漏れ電流の低減や水素ガス吸収等の
目的で種々の添加剤を添加することができる。添加剤と
しては、例えば、芳香族ニトロ化合物、酸性リン酸エス
テル化合物、等を挙げることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１８】（表１）は、本発明例の各実施例の電解コ
ンデンサ用電解液の組成と、火花電圧および電導度を、
（表２）は比較例の電解コンデンサ用電解液の組成と、
火花電圧および電導度を示したものである。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】（表１）、（表２）から明らかなように、
実施例１〜３では比較例１〜４に比べて、火花電圧が高
く維持され、かつ、電導度の高いものが得られている。

【００２２】（表３）は、（表１）、（表２）で示した
電解コンデンサ用電解液を用いたアルミニウム電解コン
デンサをそれぞれ２０個ずつ用意し、これらのアルミニ
ウム電解コンデンサについて寿命試験を行った結果を示
したものである。ここで使用したアルミニウム電解コン
デンサの定格は、いずれも４５０ＷＶ１８０μＦであ
り、４５０Ｖ印加した条件で、１０５℃、１０００時
間、保存処理した。

【００２３】

【表３】

【００２４】（表３）から明らかなように、本発明の実
施例１〜３の電解液を使用したアルミニウム電解コンデ
ンサは静電容量変化、ｔａｎδ変化のいずれもが小さ
く、寿命特性に優れた信頼性の高いアルミニウム電解コ
ンデンサである。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明の電解コンデンサ用
電解液は、有機極性溶媒を主体とする溶媒中に、（化
２）で示される総炭素数１４〜１６の脂肪族飽和ジカル
ボン酸化合物またはその塩を溶質として溶解したもの
で、この脂肪族飽和ジカルボン酸は（化２）に示す位置
に側鎖としてメチル基を有している。そのことによっ
て、溶解性が向上するので、濃度を高めることによって
高電導性が得ることができ、さらにその際に火花電圧が
低下することがない。したがって、火花電圧および電導
度を高く維持することができる。

【００２６】また、本願発明の脂肪族飽和ジカルボン酸
においては、一方のα位炭素にメチル基が結合している
ので、このメチル基の立体障害によってカルボキシル基
と水酸基によるエステル化反応が低減する。そのことに
よって、エチレングリコールなどの水酸基を有する溶媒
を用いた場合にも、高温保存中の電導度の低下を抑制す
ることができ、結果として、長時間ｔａｎδ特性の安定
した電解コンデンサが得られる。この際に、もう一方の
カルボキシル基に結合している炭素原子には水素原子が
結合しておりカルボキシル基の解離度が低減せず、高電
導度を保つことができる。したがって、本発明の電解液
は高温での安定性も良好であり、この電解液を用いるこ
とによって、信頼性の高い中高圧用電解コンデンサを得
ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機極性溶媒を主体とする溶媒中に、一般
   式： 【化１】 （式中、ｎ＝１０〜１２である。）で示される総炭素数
   １４〜１６の脂肪族飽和ジカルボン酸化合物またはその
   塩を溶解した電解コンデンサ用電解液。