JPS5892207A - 電解コンデンサの駆動用電解液 - Google Patents

電解コンデンサの駆動用電解液

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JPS5892207A
JPS5892207A JP19154881A JP19154881A JPS5892207A JP S5892207 A JPS5892207 A JP S5892207A JP 19154881 A JP19154881 A JP 19154881A JP 19154881 A JP19154881 A JP 19154881A JP S5892207 A JPS5892207 A JP S5892207A
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chain
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electrolytic capacitor
long
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福田 克顕
伊藤 隆人
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電解コンデンサの駆動用電解液に係り、特に
エチレングリコールを主体とする溶媒に側鎖にアルキル
基を有する長鎖三塩基性酸又はその塩を主たる溶質とし
た電解液の改良に関する。
一般に電解コンデンサは、陽極側及び陰極側の電極箔間
にセパレータ紙を介在させて電解コンデンサ素子を形成
し、この電解コンデンサ素子を電解液の含浸後、外装ケ
ースに封入したものである。
周知のように、各電極箔にはエツチング処理が施された
アルミニウム箔等が使用され、陽極側の電極箔には更に
エツチング処理の後、誘電体酸化皮膜が形成されたもの
が使用されている。このような電解コンデンサにおいて
、電解コンデンサ素子に含浸される電解液は、電極箔、
セパレータ紙、外装ケース及び封口部材等とともに、電
解コンデンサの主要な構成要素であって、電解液の持つ
化学的或いは電気的性質が電解コンデンサとしての電気
的特性や寿命特性を決定する要因に成っている。
従来、定格電圧+60(V)を超える中高圧用電解コン
デンサの電解液には、エチレングリコールを主体とした
溶媒に硼酸或いはそのアンモニウム塩を溶解した所謂エ
チレングリコール−硼酸系電解液が用いられている。こ
の種の電解液は、低圧用電解液に比較して比抵抗が著し
く高いために、電解コンデンサの等仲直列抵抗の増大と
ともに損失を増大させることが知られCいる。また、こ
の種の電解液はその構成薬品中の水分の他にエチレング
リコールと硼酸とによるエステル化反応で生ずる多量の
水分をも含有しており、これらの水分が陽極側の電極箔
の表面に形成されている誘電体化成酸化皮膜を著しく劣
化させるため、電解コンデンサの電気的特性を不安定に
し、寿命を縮める原因と成っていた。しかも電解コンデ
ンサは電流の通流時発熱を伴い、使用状態によっては1
00℃を超える高温に成る場合があるが、電解液に含有
している水分は100℃を超える商温下で多量の水蒸気
を発生して外装ケースの内圧を異常上昇させ、防爆弁部
の膨張等、外装ケースの外観変形や電気的特性の劣化等
を引き起す原因になる。このため、この種の電解液は1
05℃を超える高温化下での使用が不可能であり、電解
コンデンサの−L限使用温度に制限を加えていた。
電解コンデンサは通信機器や計測機器等、各種の電子機
器に使用されているが、周知のようにこれらの電子機器
の性能には電解コンデンサの持つ電気的特性が大きく関
係し、これら電子機器の小型化、高性能化を図るために
、長寿命で電気的特性の優れたしかも信頼性の高い電解
コンデンサが要求されている。特に、安定化電源におい
ては、小型化等の要請からスイッチング周波数の高いス
イソチングレユギレータが使用されるが、この種の電源
に使用する平滑用電解コンデンサには高周波に対して低
インピーダンス特性を持つとともに1、上限使用温度が
高いものが要求されている。
このような要求に応えるために、電解コンデンサのイン
ピーダンス特性に関係する比抵抗値を減少させ、使用温
度範囲の拡大、とりわけ上限使用温度を商くするために
、側鎖にアルキル基を有する長鎖三塩基性酸を使用した
電解液が提案されている。即ち、エチレングリコールを
主体とした溶媒に、側鎖にアルキル基を有する長鎖三塩
基性酸を溶解した電解液は、エチレングリコール−硼酸
系電解液に比較して極めて小さい比抵抗値を呈し、電解
コンデンサの等個直列抵抗や損失を著しく減少させるこ
とができる。また、従来のエチレングリコール−硼酸系
電解液の場合、エステル化反応が容量に進行して硼酸1
モルから3モルの水が生成され、電解液中の含水量が極
めて多くなるのに対し、側鎖にアルキル基を有する長鎖
三塩基性酸を含む電解液の場合、溶質量が従来の電解液
に比較して少なく、長鎖三塩基性酸の分子誓が従来の硼
酸に比較して大きいことからも含水量が極めて少なくな
る。このため、陽極側電極箔の表面に形成されている誘
電体酸化皮膜の劣化が防止できる。
しかし、この種の電解液の場合、アルミニウムに対する
長鎖三塩基性酸の錯体形成能が強いため、陰極にエツチ
ング処理を施したアルミニウム箔をそのまま使用した場
合、静電容量の低下を来す虞がある。前記のように陰極
側の電極箔にはエツチング処理が施されたアルミニウム
箔が使用されておりJこのアルミニウム箔に直接長鎖三
塩基性酸が接触した場合、その表面に錯体が形成される
即ち、電極箔のエツチング処理は電極箔の表面部及びそ
の内部に微細なエツチングピットを形成し、電極箔の実
効表面積の拡大を図るために施しているが、長鎖三塩基
性酸によって形成される錯体はエツチングピットを短絡
する形で形成され、等価的に陰極側の電極箔の実効表面
積を縮小するように作用し、静電容量の低下はこのよう
な実効表面の縮小によるものと考えられている。しかも
このような錯体形成は僅かな水分の存在下で行われ、例
えば製品の組立途上の僅かな吸水等の不可避な水分でこ
の錯体形成反応が進行し、寿命試験中の短期間において
に静電容量の低下を来すことが確認されている。
そこで、発明者は長鎖三塩基性酸を溶質とする電解液に
不飽和ンカルボン酸を添加し、側鎖にアルキル基を有す
る長鎖三塩基性酸又はその塩の1父は2以上を主たる溶
質とする場合に得られる優れた特性を損なうことなく、
アルミニウムに対する錯体形成能を阻止してエツチング
処理を施したアルミニウム箔を他の処理を施ずことなく
そのままの状態で使用でき、比祇抗礒が小さくしかも含
水量が少ない電解コンデンサの駆動用電解液を提案した
この発明の目的は、側鎖にアルキル基を有する長鎖三塩
基性酸又はその塩を主たる溶質とする電解液において、
アルミニウム錯体形成薬品を添加することによって陰極
側電極のアルミニウム箔の表面に長鎖三塩基性酸による
錯体形成を阻止する形で別の錯体を形成し、静電容量の
低下等を防止した電解コンデンサの駆動用電解液を提供
することにある。
この発明は、エチレングリコールを主体とした溶媒に炭
素数12ないし22で側鎖にアルキル基を有するの長鎖
三塩基性酸又はその塩の中のl若しくは2以上を主たる
溶質とし、8−オキシキノリン、エチレンジアミンテト
ラ酢酸又はその塩の何れかを添加して溶解したことを特
徴とする。即ち、この発明はエチレングリコールを主体
とした溶媒に炭素数12ないし22で側鎖にアルキル基
を有するのL鎖二塩基性酸又はその塩の中の1又は2以
上を主たる溶質とした電解液の特性を改善するために、
8−オキシノリン、エチレンジアミンテトラ酢酸又はそ
の塩の何れかを添加することにより、側鎖にアルキル基
を有する長鎖三塩基性酸の錯体がアルミニウム表面に直
接形成されるのを阻止し、陰極側電極箔の表面積の縮小
による静電容量の減少を防止しようとするものである。
この発明において、添加する8−オキシキノリン、エチ
レンジアミンテトラ酢酸又はその塩は陰極側の電極箔表
面に無害な錯体を形成し、長鎖三塩基性酸の錯体形成を
阻止して電極箔に形成されているエソチングビソトを保
護するように作用し、かかるエソチングビソトの箔表面
の拡大機能を維持し°ζいる。換言すれば、錯体形成反
応は溶媒の種類や溶液のp Hに強く依存することが知
れているが、前記錯体形成薬品による錯体は陰極側電極
箔の表面を覆い、その活性点をマスクすると同時に、長
鎖三塩基性酸の錯体形成を阻止するか、或いは工・ノチ
ングビ・ノドを短絡するような形での錯体形成を阻止す
るものと考えられる。
以下、この発明の実施例について説明する。各実施例は
エチレングリコールを主体とした溶媒に総炭素数が16
ないし22で側鎖にアルキル基を有する長鎖三塩基性酸
を主たる溶質とするとともに、8−オキシキノリン、エ
チレンジアミンテトラ酢酸又はその塩の何れかを添加剤
として加えたものである。この添加剤の作用を確認する
ためにエチレングリコール−硼酸系電解液及び添加剤を
加えていない側鎖にアルキル基を有する長鎖三塩基性酸
を溶質とした電解液を従来例1.2及び3として示した
。これら従来例及びこの発明の実施例における電解液組
成(wt・%)について、30℃下での比抵抗値Rs 
 (Ωcm/30℃)、耐電圧Vs  (V)及び含水
11H20(%)は次のように成る。
従来例1 エチレングリコール      67−1・%硼fll
               16.5wt・%硼酸
アンモニウム        +6.5 wt・%Rs
 : 1.000Ωcm+、Vs :400 V、  
H2O:26% 従来例2 エチレングリコール      90−1・%アジピン
酸アンモニウム    10−1・%Rs : 300
ΩcI11.、Vs : 100 V、  H20: 
0.5% 従来例3 エチレングリコール      80  wt・%1.
6−デカンジカルボン酸     18−t・%アンモ
ニア           2  wt・%R3: 4
30Ωcm、Vs : 420 V、)120j0.7
% 実施例1 エチレングリコール      79.5 wt・%1
.6−ゾカンシカルボン@      18  wL・
%アンモニア           2  wL・%8
−オキシキノリン         0.5 wt・%
R3:430ΩCm %  νS : 420 V、 
H2O:0.6% 実施例2 エチレングリコール      79.5 hL・%1
.6−デカンジカルボンfil      18  w
L・%アンモニア            2 賀【・
%エチレンジアミンテトラ酢酸   0.5 wt・%
Rs : 440ΩCL  Vs : 420 V、 
 H20: 0.7% このように各実施例の電解液は、従来例1のものに比較
して低比抵抗で含水量が少なく、即ち8−オキシキノリ
ン又はエチレンジアミンテトラ酢酸を添加しても従来例
2及び3のものと同様に側鎖にアルキル基を有する長鎖
三塩基性酸を9質とする電解液が持つ特徴が横なねれる
ことなく、その特徴が維持されていることが分る。
次にこの発明に係る電解液を用いた電解コンデンサの寿
命特性について説明する。実験に使用した電解コンデン
サはiIi純度アルミニウム箔で陽極側及び陰極側電極
を形成し、各電極箔にはエツチングによって拡面処理を
施し、さらに陽極側電極箔の表面には690(V)の電
圧で陽極酸化を施して誘電体酸化皮膜を形成する。そし
て、電解コンデンサ素子はこのような処理をした陽極側
及び陰極側の電極箔を両者間にセパレータ紙を介在させ
て重合せ、且つ巻回して形成し、この電解コンデンサ素
子に対する電解液の含浸処理は、20(”C)、湿度1
00(%)の雰囲気中に24時間放置後、験用の電解液
中に浸漬して行い、この電解コンデンサ素子を常法に従
ってアルミニウム外装ケースに封入して試験用電解コン
デンサとした。この電解コンデンサは定格電圧400(
V)、定格静電容量 100(μF)である。この電解
コンデンサについて、負荷寿命試験は110(’C)の
高温下で定格電圧400(V)を印加し、その初期特性
、即ち静電容置cap (μF)、誘電体損失tanδ
、及び漏洩電流しC(μA)を測定し、同様にt 、 
ooo時間経過後の特性を測定した。なお、この実験に
は側鎖にアルキル基を有する長鎖三塩基性酸を主たる溶
質とし、8−オキシキノリン又はエチレンジアミンテト
ラ酢酸を添加していない前記従来例3の電解液と、前記
実施例1.2の電解液を使用している。この実験結果を
次表に示す。
この実験結果において、初期特性では各電解液も略同様
の値を示しているが、1 、000時間経過後では実施
例1及び2は従来例3に比較して静電容置の変化がなく
、また誘電体損失の増加が少ないことが分る。即ち、各
側は共に長鎖三塩基性酸を主たる溶質としているが、実
施例では錯体形成薬品が添加されているために、長鎖三
塩基性酸による錯体形成が妨げられ、この結果、静電容
量の低下が防止されたものと考えられる。換言すれば、
電解液に添加された錯体形成薬品によって形成される錯
体が陰極側電極箔の表面を覆いその活性点をマスクする
ため、電解液中の長鎖三塩基性酸の錯体形成を低下させ
るものである。従って、このような錯体形成薬品の添加
で、製品組立途上の吸水に対しても錯体形成を生ずるこ
とがなく、エツチング処理が施されたアルミニウム箔を
そのまま陰極に用いて安定した電解コンデンサを形成す
ることができる。
また、実施例1及び2は誘電体損失の増加が少ないこと
から、錯体形成薬品の添加によって長鎖三塩基性酸を主
たる溶質とする電解液の特性が維持助長されて低損失且
つ比抵抗の小さい電解液が得られていることが分る。従
って、等価直列抵抗が小さく低インピーダンス特性の電
解コンデンサを形成することができる。周知のように、
電解コンデンサのインピーダンス特性は、共振周波数近
傍のIOないし30KHzの高周波数域におけるインピ
ーダンスに、等価直列抵抗の値が大きく作用しており、
等価直列抵抗の値を低下させれば、^周波域のインピー
ダンスを低下することができる。このため、このような
電解液によれば、低損失で、高周波に対して低インピー
ダンス特性を持ち且つ高耐圧の電解コンデンサを形成す
ることができる。
従って、このような優れた電気的特性を持つ電解コンデ
ンサによれば、各種電子機器の周波数特性の改善等に大
きく貢献し、とりわけスイッチング周波数の高いスイッ
チングレギュレータの平滑用電解コンデンサとして有効
に使用できる。
また、110℃の高温下の使用に対しても外観異状がな
いのは、側鎖にアルキル基を有する長鎖二塩基性酸を主
たる溶質にした特徴が維持されているためであり、即ら
電解液中の含水層の低減によって水蒸気の発生が抑制さ
れていることを意味している。従って、このような電解
液を使用すれば、110℃を超える高温下で安定した電
気的特性を維持し且つ優れた寿命特性を得ることができ
るとともに、従来エチレングリコール−硼酸系電解液で
生じていた陽極側電極箔の誘電体酸化皮膜の劣化は、確
実に防止できる。
なお、この発明の電解液は側鎖にアルキル基を有する長
鎖二塩基性酸又はその塩の1又は2以上を主たる溶質と
し、8−オキシキノリン、エチレンジアミンテトラ酢酸
又はその塩の何れかを添加したものであり、実施例の溶
質に限定されるものではなく、例えば長鎮二塩基性酸に
は6−エチル−1,12−ドデカンジカルボン酸、6−
エチレン−1,12−ドデカンジカルボン酸、7−メチ
ル−7−オクタゾセンー1.14−ジカルボン酸、7−
メチル−1,14−オクタデカンジカルボン酸、6−ニ
チルーl、16−ヘキサデカンジカルボン酸、6−ニチ
レンー9−へキサデセン−1,16−ジカルボン酸、7
.12−ジメチル−7,11−オクタデカジエン−1,
18−ジカルボン酸又は7.12−ジメチル−1,18
−オクタデカンジカルボン酸の何れかを用いても同様の
効果を得ることができる。
以上説明したようにこの発明によれば、添加した錯体形
成薬品で陰極表面に別の錯体を形成し、側鎖にアルキル
基を有する長鎖二塩基性酸のアルミニウムに対する錯体
形成能を阻止することができ、エツチング処理を施した
アルミニウム箔を他の処理を施すことなくそのままの状
態で使用できるとともに、この発明の電解液は比抵抗が
小さくしかも含水層が少ないので、低損失で使用温度範
囲の拡大とりt)け上限使用温度を高めることができる
とともに^温下で蒸気の発生による外装ケースの内圧を
異常上昇させることがなく、また陽極側の電極箔の誘電
体酸化皮膜を劣化させることもない。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)エチレングリコールを主体とした溶媒に炭素数1
    2ないし22で側鎖にアルキル基を有する長鎖三塩基性
    酸又はその塩の中の1若しくは2以上を主たる溶質とし
    、8−オキシキノリン、エチレンジアミンテトラ酢酸又
    はその塩の何れかを添加して溶解したことを特徴とする
    電解コンデンサの駆動用電解液。
  2. (2)前記三塩基性酸は1.6−デカンジカルボン酸、
    6−エチル−1,12−ドデカンジカルボン酸、6−エ
    チレン−1,12−ドデカンジカルボン酸、7−メチル
    −7−オクタデセン−1,14−ジカルボン酸、7−メ
    チル−1,14−オクタデカンジカルボン酸、6−エチ
    ル−1,16−ヘキサデカンジカルボン酸、6−ニチレ
    ンー9−へキサデセン−1,16−ジカルボン酸、7,
    12−ジメチル−7,11−オクタデカジエン−1,1
    8−ジカルボン酸又は7.12−ジメチル−1,18−
    オクタデカンジカルボン酸の何れかを用いたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項に記載の電解コンデンサの
    駆動用電解液。
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