JPS5938727B2 - 電解コンデンサ用電解液 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、エチレングリコール、五ホウ酸アンモニウ
ムおよびそのホウ酸との混合物からなる電解液の存在に
おいて、金属電極特にアルミニウム箔電極を使用する高
電圧電解コンデンサに関するものである。

このタイプの電解液は普通グリコール−ホウ酸塩電解液
と称されている。

グリコール−ホウ酸塩電解液は当該技術分野において周
知であり、米国特許第３．６４６，４０３号、第３，３
５１，８２３号および第３．３０２，０７６号に記載さ
れている。

これらの電解液においては、溶解ホウ酸塩の一部がグリ
コールと反応してグリコール−ホウ酸塩エステルと水を
形成する。

この反応から生じた水の濃度は電解液の重量の約１０％
であるが、電解液を加熱することによりまたは水を添加
することによって所望レベルに調整することができる。

このようなグリコール−ホウ酸塩電解液の使用は通常約
４５０ボルトおよび８５℃の動作条件に制限されてきた
。

典型的には、電解コンデンサは電解液で含浸された紙ス
ペーサにより分離された金属陽極および陰極部材からな
る。

陽極と陰極は電気接続のためのタブを備えている。

電解コンデンサは通常漏出防止容器中に収容されたロー
ルの形態で構成される。

このような典型的な電解コンデンサの構造は米国特許第
３，６４６，４０３号の図面に示されている。

本発明は改良エチレングリコール−ホウ酸塩電解液およ
びこのような電解液を使用する電解コンデンサに関し、
該改良は、電解液中に、２，４−ペンタンジオン、２，
４−ヘキサンジオン、５−ヒドロキシ−ペンタノンおよ
びシクロヘキサノンから選択された少なくとも１種のケ
トンを、電解液の全重量を基準として約５〜約３０重量
％含むことからなる。

標準グリコール−ホウ酸塩電解液中に上記ケトンの１種
が存在することにより、添加水が存在しても破裂するこ
となく、高電圧および高温度動作条件におけるケトン含
有電解液を含む電解コンデンサの動作を可能にするとと
もに、許容レベルの抵抗率および低漏れ電流を与える。

この発明の改良電解液は、特に高温度および高電圧にお
ける非腐食性により、アルミニウム箔電極の存在におい
て特に有用である。

当該技術分野で知られているように、３５０Ｖ以上の電
圧および高温度すなわち８５〜１１０℃の温度において
安定な動作特性を与えるところのこのようなタイプの電
解コンデンサを製造することは困難で°ある。

この発明の改良電解液は、アルミニウム箔電極を使用し
かつ５００Ｖ ８５℃または４５０Ｖ１１０℃のよう
なきびしい動作条件の下で改良動作特性を有する電解コ
ンデンサを製造する手段を与える。

たとえば、この発明に従って製造された電解コンデンサ
の高温度貯蔵条件後の漏れ電流（ＬＣ）は、アルミニウ
ム箔陽極と標準グリコール−ホウ酸−五ホウ酸アンモニ
ウム電解液を含む電解コンデンサのものより低いことが
見出された。

この新規コンデンサの直列抵抗は許容レベルのものであ
ることも見出された。

さらに、この発明に従って製造された新規コンデンサの
破裂頻度は、上述したタイプの標準先行技術］ンデンサ
のものが５０〜１００％であるのに対してＯであること
が見出された。

一般に、この発明の電解液は下記の成分からなり、各成
分の「部」は全成分の重量の１００部当りの重量部であ
る。

この発明の電解液の成分は周知の化合物である。

電解液の溶媒部分は、エチレングリコールと、特定ケト
ン、すなわち、２，４−ペンタンジオン、２．４−ヘキ
サンジオン、５−ヒドロキシ−２−ペンタノンおよびシ
クロヘキサノンの少なくとも１種の等量または低量とか
ら本質的になる。

好適には溶媒はまたエチレングリコール以外の少なくと
も１種の極性有機溶媒および抵抗率を低減するために添
加した少量の水を含む。

この発明の電解液の溶媒部分のケトン成分は約１１０℃
以上の沸点を有しかつ電解液中の他の成分と融和性であ
り、電解液が動作する高電圧および高温度条件の下で安
定であり、コンデンサの動作および貯蔵条件の下で電解
液と接触するアルミニウムその他の金属の箔に対して非
腐食性である。

本発明の実施においてこれらの特性を持つことが見出さ
れたケトンは、２，４−ペンタンジオン、２．４−ヘキ
サンジオン、５−ヒドロキシ−２−ペンタノン、シクロ
ヘキサノン、およびこれらの２種以上の混合物である。

好適には、非環式ケトンの１種、２，４−ヘキサンジオ
ン、５−ヒドロキシ−２−ペンタノン、または２，４−
ペンタンジオン（アセチルアセトンとしても知られてい
る）がこの発明の実施に使用される。

上記のもの以外のケトンもテストされたが、コンデンサ
の破裂防止不能のようなある欠点のために、この発明の
電解コンデンサで使用するには不満足であることが見出
された。

電解液の溶媒部分はまたグリコール−ホウ酸塩電解液を
有する電解コンデンサで使用される他の融和性溶媒を含
みつる。

このような他の溶剤は極性溶媒であり、たとえば、ジエ
チレングリコール、グリセリン、エチレングリコールの
エーテル（モノメチル、モノエチル、モノブチル）およ
びブチロラクトンを含む。

電解コンデンサの抵抗率を低減しかつ低温性能を改良す
るために水を添加してもよい。

しかしながら、ある場合には、電解液中のグリコールと
ホウ酸の化学反応により形成された水がこの目的に適切
であることが見出されるであろう。

電解液の溶質部分は好適にはホウ酸と五ホウ酸アンモニ
ウムの混合物およびこれらの反応生成物からなる。

ある場合には五ホウ酸アンモニウムが単独で溶質として
有利に使用されうる。

これらの成分は、たとえば米国特許第３，６４６，４０
３号に記載されているように、電解コンデンサ用のグリ
コール−ホウ酸塩電解液に使用され周知である。

電解液はまた、周知の特定目的のためにグリコール−ホ
ウ酸塩電解液に通常添加される他の成分、たとえば、リ
ン酸アンモニウム、サリチル酸アンモニウム、アジピン
酸アンモニウムまたは対応する酸を含みうる。

この発明が特に関連する電極材料は電解コンデンサ用に
通常製造使用されるタイプのアルミニウム箔陽極である
。

この発明の電解液は電解コンデンサで使用される他の金
属箔たとえばタンタル箔の存在においても使用されうろ
ことを理解すべきである。

この発明は下記の実施例によりさらによく説明される。

実施例 １ 下記の３種の電解液Ａ、Ｂ、Ｃが調整された。

これらの電解液の破壊電圧は、６８５■でエツラチング
したアルミニウム陽極箔で通常の方法で作られかつ上記
電解液の１つで含浸されたコンデンサ（１３ｍｍ径×３
０朋長さ）において測定され、下記の通りであることが
見出された。

電解液 破壊電圧 Ａ ５１０Ｖ Ｂ ５２５Ｖ Ｃ５５０Ｖ かくして、電解液ＢおよびＣ中にアセチルアセトンが存
在することにより、電解液Ａのものと比較して、破壊電
圧のレベルが増大したことが示されている。

電解液Ａ、Ｂ、Ｃで作られた他のコンデンサが貯蔵寿命
試験にかけられた。

５００■における初期漏れ電流および８５℃、１００時
間の貯蔵寿命試験後の漏れ電流は下記の通りであった。

かくして、電解液ＢおよびＣ中にアセチルアセトンが存
在することにより、電解液Ａのものと比較して、漏れ電
流が実質的に低減したことが示されている。

実施例 ２ 下記の３種の電解液り、Ｅ、Ｆが調製され、実施例１と
同様にアルミニウム箔陽極を有するコンデンサ中へ含浸
された。

ついでコンデンサの性能が測定され、得られた結果は下
記の通りである。

かくして、メチルセロソルブ（ＭｅｔｈｙｌＣｅｌｌｏ
ｓｏｌｖｅ ） （エチレングリコールのモノメチルエ
ーテルの商品名）、エチングリコールおよび水の混合溶
媒づ作られた電解液ＥおよびＦにアセチルアセトンを添
加することにより、コンデンサの漏れ電流は、コンデン
サＤのものと比較して、実質的に低減したことが示され
ている。

実施例 ３ 下記の３種の電解液Ｇ、Ｈ，Ｉによりコンデンサが作ら
れた。

コンデンサは実施例１と同様にアルミニウム箔陽極を含
むものであった。

ついでコンデンサは４５０Ｖ １１０℃でエージング
にかけられ、下記の結果が得られた。

かくして、電解液Ｈおよび■にアセチルアセトンが存在
することにより、エージング中コンデンサの破裂の可能
性は、電解液Ｇのものと比較して、１００％低減した。

実施例 ４ 下記の３種の電解液Ｊ、に、Ｌにより、実施例１と同様
にアルミニウム箔陽極を含むコンデンサが作られた。

コンデンサは４００Ｖ、１１０℃でエージングにかけら
れ、下記の結果が得られた。

かくして、電解液におよびＬ中にシクロヘキサノンが存
在することにより、エージング中コンデンサの破裂の可
能性は、電解液Ｊのものと比較して、１００％低減した
。

実施例 ５ 実施例１と同様にアルミニウム箔陽極を使用してコンデ
ンサが作られ、下記の電解液Ｍ（本発明によるもの）お
よびＮ（標準グリコール−ホウ酸塩電解液）で含浸され
た。

ついでコンデンサは１１０℃、１０００時間の負荷およ
び貯蔵寿命試験にかけられた。

（電解液Ｎの場合の破裂を回避するために、この電解液
は２５℃で約２．５Ｋｏｈｍ Ｃｍ−の抵抗率を得るた
めに１４２℃に加熱された。

）得られた結果は下記の通りである。かくして、電解液
Ｍ中にシクロヘキサノンが存在することにより、初期漏
れ電流ならびに負荷および貯蔵寿命試験後の漏れ電流は
、標準グリコール−ホウ酸塩電解液Ｎと比較して、実質
的に低減したことが示されている。

、実施例 ６ 実施例１と同様にアルミニウム箔陽極を含む電解コンデ
ンサの電解液中に使用されかつ８５℃。

５００Ｖの負荷試験にかけられた、この発明の各ケトン
の関連ケトンより有利な存在は、下記の電解液０．Ｐ、
Ｑ、Ｒ，Ｓにより得られた結果に示されている。

かくして、この発明のケトンとして、電解液Ｑ中にアセ
チルアセトン（Ａ ｃ Ａ ｃ ）を使用し、電解液Ｑ
中に２，４−ヘキサンジオンを使用するだけで、水が添
加された上記ケトン含有グリコール−ホウ酸塩型組成物
の電解コンデンサの破裂が防止されることが示されてい
る。

実施例 ７ 実施例１と同様にアルミニウム箔陽極を有するコンデン
サを作るために使用された下記の電解液Ｔ、Ｕ、Ｖにお
いてモノケトンが評価された。

コンデンサは４００Ｖ １．１０℃でエージングにか
けられた。

得られた結果は下記の通りである。かくして、この発明
のケトンの１つである５−ヒドロキシ−２−ペンタノン
は、標準クリコール−ホウ酸塩電解液Ｔおよびこの発明
のものではないモノケトンで作られた電解液Ｕと比較し
て、電解液Ｖで作られたコンデンサの破裂の可能性を実
質的に低減したことが示されている。

実施例 ８ 電解コンデンサ用電解液中に溶剤としてジアセトンアル
コールを使用することは、１９５１年（昭和３６年）１
０月２８日にＴｏｗａ ＣｈｉｋｕｄｅｎｋｉＣｏ、Ｌ
ｔｄ、に発行された特公昭３６−２０６２２号公報に示
されている。

ジアセトンアルコールの化学構造は下記の通りである。

５−ヒドロキシ−２−ペンタノン（１例７、電解液■に
使用されたもの）の化学構造は下記の通りである。

ジアセトンアルコールを含むグリコール−ホウ酸塩電解
液は、熱安定性を欠くために、本発明の目的に不適当で
あることが見出された。

その初期沸点１２５℃は８５℃における２５０時間貯蔵
後８５℃に低下した。

ジアセトンアルコールの不安定性に対比して、本発明の
ケトンは、本発明の電解液および電解コンデンサにおい
て１１０℃の温度まで安定であることが見出された。

本発明の電解液は、低粘度、低抵抗率、良好な低温度動
作特性、高温度における高破壊電圧特性のような有利な
特性を有する。

本発明に従って作られた電解液を含む電解コンデンサは
、実質的に低い電流漏れおよび大幅に改良された破裂防
止特性を有する。

以上の実施例は例示的なものであり、特許請求の範囲に
規定された本発明の範囲から離脱することなしに、前述
した成分および割合に多くの変化がなされうろことを理
解すべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 五ホウ酸アンモニウムおよびそのホウ酸との混合物
   から選択された溶質と； エチレングリコールならびに２４−ペンタンジオン、２
   ，４−ヘキサンジオン、５−ヒドロキシ−２−ペンタノ
   ンおよびシクロヘキサノンから選択された少なくとも１
   種のケトンからなる溶媒からなることを特徴とする、金
   属電極の存在において高温および高電圧で使用される電
   解コンデンサ用電解液。 ２ 前記ケトンが２４−ペンタンジオンである特許請求
   の範囲第１項記載の電解液。 ３ 前記ケトンが２，４−ヘキサンジオンである特許請
   求の範囲第１項記載の電解液。 −４前記ケトンが５−ヒドロキシ−２−ペンタノン
   である特許請求の範囲第１項記載の電解液。 ５ 前記ケトンがシクロヘキサノンである特許請求の範
   囲第１項記載の電解液。 ６ 前記電解液が少なくとも１種の他の極性溶剤を含む
   特許請求の範囲第１項記載の電解液。 ７ 電解コンデンサに使用する電解液において、以上の
   組成を有することを特徴とする前記電解液０ ８ 前記電解液の溶剤部分が、エチレングリコールとこ
   れより少ない量の少なくとも１種の前記ケトンとから実
   質的になる特許請求の範囲第７項記載の電解液。 ９ ケトンが、２，４−ペンタンジオン、２，４−ヘキ
   サンジオンおよび５−ヒドロキシ−２−ペンタノンから
   選択された非環式ケトンである特許請求の範囲第７項記
   載の電解液。 １０電解液が約１０重量部までの添加水を含む特許請求
   の範囲第７項記載の電解液。