JPWO2017163725A1 - 電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1では、化成処理した陽極箔および陰極箔を用いて、二酸化マンガンからなる固体電解質を含む固体電解コンデンサを組み立てているが、陰極箔の端面に酸化物皮膜を形成することについては記載されていない。
前記陰極箔の端面が、第1酸化物皮膜を有する、電解コンデンサに関する。
前記陰極箔と前記陽極箔との間において、前記誘電体層の少なくとも一部を覆うように導電性高分子を付着させてコンデンサ素子を形成する工程と、
前記コンデンサ素子に、液状成分を含浸させる工程と、
前記巻回体に前記導電性高分子を付着させる工程の前に、前記陰極箔の端面に第1酸化物皮膜を形成する工程と、を有する、電解コンデンサの製造方法に関する。
図1は、本実施形態に係る電解コンデンサの断面模式図であり、図2は、同電解コンデンサに係る巻回体の一部を展開した概略図である。
陰極箔および誘電体層を有する陽極箔は、それぞれ、巻回体を形成する工程に先立って準備される。誘電体層は、陽極箔の化成処理により形成できる。陽極箔の化成処理は、陽極箔を準備する工程で行なわれるが、巻回体を形成した後で行なってもよく、コンデンサ素子を封止した後において行なってもよい。また、陰極箔に酸化物皮膜を形成する工程(化成処理)は、巻回体に導電性高分子を付着させる工程の前に行えばよい。例えば、陰極箔に酸化物皮膜を形成する工程は、陰極箔を準備する工程において行なってもよく、巻回体を形成する工程において行ってもよい。
まず、陽極箔21の原料である金属箔を準備する。金属の種類は特に限定されないが、誘電体層の形成が容易である点から、アルミニウム、タンタル、ニオブなどの弁作用金属または弁作用金属を含む合金を用いることが好ましい。
化成処理後の陽極箔は、必要に応じて、洗浄および乾燥してもよい。
陰極箔22には、陽極箔21と同様、金属箔を用いることができる。金属の種類は特に限定されないが、アルミニウム、タンタル、ニオブなどの弁作用金属または弁作用金属を含む合金を用いることが好ましい。必要に応じて、金属箔の表面を粗面化してもよい。
化成処理の際に、陰極箔に印加される電圧は、例えば、1〜10Vであり、2〜5Vであることが好ましい。印加電圧がこのような範囲である場合、適度な厚みの酸化物皮膜(特に、第2酸化物皮膜)を形成し易いため、高容量化の観点から有利である。化成処理する際の印加電圧の大きさを調節することで、酸化物皮膜(特に、第2酸化物皮膜)の厚みを調節することができる。
化成処理後の陰極箔は、必要に応じて、洗浄および乾燥してもよい。
次に、陽極箔21および陰極箔22を用いて巻回体を作製する。
まず、陽極箔21と陰極箔22とを、セパレータ23を介して巻回する。このとき、リードタブ15A、15Bを巻き込みながら巻回することにより、図2に示すように、リードタブ15A、15Bを巻回体から植立させることができる。
なお、化成処理後の巻回体は、必要に応じて、洗浄および乾燥される。
この工程では、導電性高分子を含む処理液を、巻回体に付与して、巻回体に導電性高分子を付着させる。陽極箔21と陰極箔22との間において、導電性高分子は、陽極箔21の誘電体層(第1誘電体層、第2誘電体層)の表面に膜状に付着して、導電性高分子層(または固体電解質層)を形成していてもよいが、この場合に限らない。導電性高分子は、陰極箔22の第1酸化物皮膜および/または第2酸化物皮膜の少なくとも一部を覆うように付着していてもよい。また、導電性高分子は、セパレータ23の表面の少なくとも一部を被覆していてもよい。
次に、コンデンサ素子10に、液状成分を含浸させる。これにより、誘電体層の修復機能に優れた電解コンデンサが得られる。コンデンサ素子10に液状成分を含浸させる方法は特に限定されない。例えば、容器に収容された液状成分にコンデンサ素子10を浸漬させる方法が簡易で好ましい。含浸は、減圧下、例えば10〜100kPaの雰囲気で行うことが好ましい。
次に、コンデンサ素子10を封止する。具体的には、まず、リード線14A、14Bが有底ケース11の開口する上面に位置するように、コンデンサ素子10を有底ケース11に収納する。有底ケース11の材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、鉄、真鍮などの金属あるいはこれらの合金を用いることができる。
本実施例では、定格電圧35V、定格静電容量47μFの巻回型の電解コンデンサ(直径6.3mm×長さ5.8mm)を作製した。以下に、電解コンデンサの具体的な製造方法について説明する。
厚み120μmのAl箔を準備した。このAl箔に直流エッチング処理を行い、表面を粗面化した。次いで、Al箔に化成処理を施して誘電体層(厚み:約70nm)を形成することにより陽極箔を得た。誘電体層は、アジピン酸アンモニウム溶液にAl箔を浸漬させ、Al箔に50Vの電圧を印加しながら、70℃で30分間化成処理を行うことにより形成した。その後、陽極箔を所定サイズに裁断して、陽極箔を準備した。
厚み50μmのAl箔にエッチング処理を行い、Al箔の表面を粗面化した。
次いで、Al箔に化成処理を施して、酸化物皮膜(主に第2酸化物皮膜)を形成した。酸化物皮膜は、アジピン酸アンモニウム溶液にAl箔を浸漬させ、Al箔に3Vの電圧を印加しながら、70℃で30分間化成処理を行うことにより形成した。その後、Al箔を裁断して、陰極箔を準備した。
陽極箔および陰極箔に、リード線が接続された陽極リードタブおよび陰極リードタブをそれぞれ接続し、陽極箔と陰極箔とを、リードタブを巻き込みながら、セパレータを介して巻回し、外側表面を巻止めテープで固定することで巻回体を作製した。
3,4−エチレンジオキシチオフェンと、ドーパントとしてのポリスチレンスルホン酸とを、イオン交換水に溶かした混合溶液を調製した。得られた混合溶液を撹拌しながら、イオン交換水に溶かした硫酸鉄(III)(酸化剤)を添加し、重合反応を行った。反応後、得られた反応液を透析して、未反応モノマーおよび過剰な酸化剤を除去し、約5質量%のポリスチレンスルホン酸がドープされたポリエチレンジオキシチオフェンを含む高分子分散体を得た。
減圧雰囲気(40kPa)中で、所定容器に収容された高分子分散体に巻回体を5分間浸漬し、その後、高分子分散体から巻回体を引き上げた。次に、高分子分散体を含浸した巻回体を、150℃の乾燥炉内で20分間乾燥させ、導電性高分子を巻回体の陽極箔と陰極箔との間に付着させた。このようにして、コンデンサ素子を完成させた。
コンデンサ素子に、減圧雰囲気(40kPa)中で電解液を含浸させた。電解液としては、PEG:γBL:SL:フタル酸モノ(エチルジメチルアミン)(溶質)=25:25:25:25(質量比)で混合した溶液を用いた。
電解液を含浸させたコンデンサ素子を封止して、電解コンデンサを完成させた。その後、定格電圧を印加しながら、130℃で2時間エージング処理を行った。
4端子測定用のLCRメータを用いて、電解コンデンサの周波数120Hzにおける静電容量(初期静電容量)(μF)を測定した。
4端子測定用のLCRメータを用いて、電解コンデンサの周波数100kHzにおけるESR値(初期ESR値)(mΩ)を測定した。
静電容量およびESR値は、それぞれ、ランダムに選択した120個の電解コンデンサについて測定し、平均値を算出した。
巻回体の陽極箔の端面に誘電体層を形成した後、陰極箔の端面に第1酸化物皮膜を形成することなく、高分子分散体を付与した。このこと以外は、実施例1と同様に電解コンデンサを作製し、評価を行った。
実施例および比較例の結果を表1に示す。実施例1はA1であり、比較例1はB1である。
Claims (4)
- 陰極箔と、主面に誘電体層を有する陽極箔と、前記陰極箔および前記陽極箔の間において前記誘電体層の少なくとも一部を覆う導電性高分子と、前記導電性高分子と接触する液状成分と、を含み、
前記陰極箔の端面が、第1酸化物皮膜を有する、電解コンデンサ。 - 前記陰極箔の主面が、第2酸化物皮膜を有し、
前記第1酸化物皮膜の厚みが、前記第2酸化物皮膜の厚みよりも小さい、請求項1に記載の電解コンデンサ。 - 前記誘電体層の厚みが、前記第2酸化物皮膜の厚みよりも大きい、請求項1または2に記載の電解コンデンサ。
- 陰極箔と、主面に誘電体層を有する陽極箔と、前記陰極箔および前記陽極箔の間に介在するセパレータとを有する巻回体を形成する工程と、
前記陰極箔と前記陽極箔との間において、前記誘電体層の少なくとも一部を覆うように導電性高分子を付着させてコンデンサ素子を形成する工程と、
前記コンデンサ素子に、液状成分を含浸させる工程と、
前記巻回体に前記導電性高分子を付着させる工程の前に、前記陰極箔の端面に第1酸化物皮膜を形成する工程と、を有する、電解コンデンサの製造方法。
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