JPWO2018020985A1 - 電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記第1工程の後に、前記第1導電性高分子が付着した前記陽極体に、アニリン骨格またはピロール骨格を有する第2導電性高分子を含む第2処理液を接触させて前記第2導電性高分子を付着させる第2工程と、前記第2工程の後に、前記第2導電性高分子が付着した前記陽極体に、チオフェン骨格を有する第3導電性高分子を含む第3処理液を接触させて前記第3導電性高分子を付着させる第3工程と、を含む、電解コンデンサの製造方法に関する。
本発明の一実施形態に係る電解コンデンサは、陽極体と、陽極体上に形成された誘電体層と、誘導体層上に形成された固体電解質層とを備える。
(陽極体)
陽極体としては、表面積の大きな導電性材料が使用できる。導電性材料としては、弁作用金属、弁作用金属を含む合金、および弁作用金属を含む化合物などが例示できる。これらの材料は一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。弁作用金属としては、例えば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタンが好ましく使用される。表面が多孔質な陽極体は、例えば、エッチングなどにより導電性材料で形成された基材(箔状または板状の基材など)の表面を粗面化することで得られる。また、陽極体は、導電性材料の粒子の成形体またはその焼結体でもよい。なお、焼結体は、多孔質構造を有する。すなわち、陽極体が焼結体である場合、陽極体の全体が多孔質となり得る。
(誘電体層)
誘電体層は、陽極体表面の導電性材料を、化成処理などにより陽極酸化することで形成される。陽極酸化により、誘電体層は導電性材料(特に、弁作用金属)の酸化物を含む。例えば、弁作用金属としてタンタルを用いた場合の誘電体層はTa2O5を含み、弁作用金属としてアルミニウムを用いた場合の誘電体層はAl2O3を含む。尚、誘電体層はこれに限らず、誘電体として機能するものであればよい。
(固体電解質層)
以下、固体電解質層を構成する各導電性高分子層に共通する事項について説明する。
[電解コンデンサの製造方法]
電解コンデンサの製造方法は、誘電体層が形成された陽極体の誘電体層上に、チオフェン骨格を有する第1導電性高分子を含む第1導電性高分子層を形成する工程(第1工程)と、第1導電性高分子層上に、第2導電性高分子を含む第2導電性高分子層を形成する工程(第2工程)と、第2導電性高分子層上に、チオフェン骨格を有する第3導電性高分子を含む第3導電性高分子層を形成する工程(第3工程)と、を含む。第2導電性高分子層は、第1導電性高分子層および第3導電性高分子層よりも電圧印加時の収縮率が低い。第2導電性高分子は、アニリン骨格またはピロール骨格を有することが好ましい。
(陽極体を準備する工程)
この工程では、陽極体の種類に応じて、公知の方法により陽極体を形成する。
(誘電体層を形成する工程)
この工程では、陽極体上に誘電体層を形成する。誘電体層は、陽極体を化成処理などにより陽極酸化することにより形成される。陽極酸化は、公知の方法、例えば、化成処理などにより行うことができる。化成処理は、例えば、陽極体を化成液中に浸漬することにより、誘電体層が形成された陽極体の表面に化成液を含浸させ、陽極体をアノードとして、化成液中に浸漬したカソードとの間に電圧を印加することにより行うことができる。化成液としては、例えば、リン酸水溶液などを用いることが好ましい。
(第1導電性高分子層を形成する工程)
第1工程では、チオフェン骨格を有する第1導電性高分子層を、誘電体層の少なくとも一部を覆うように形成する。第1工程では、誘電体層が形成された陽極体に、第1導電性高分子を含む第1処理液を接触させる。この場合、膜質が緻密な第1導電性高分子層を形成することができる。第1処理液は、さらにドーパントなどの他の成分を含んでもよい。
(第2導電性高分子層を形成する工程)
第2工程では、アニリン骨格またはピロール骨格を有する第2導電性高分子層を、第1導電性高分子層の少なくとも一部を覆うように形成する。第2工程では、第1工程後の陽極体に、第2導電性高分子を含む第2処理液を接触させる。この場合、膜質が緻密な第2導電性高分子層を形成することができる。第2処理液は、さらにドーパントなどの他の成分を含んでもよい。
(第3導電性高分子層を形成する工程)
第3工程では、第3導電性高分子層を、第2導電性高分子層の少なくとも一部を覆うように形成する。第3工程では、第2工程後の陽極体に、第3導電性高分子を含む第3処理液を接触させる。この場合、膜質が緻密な第3導電性高分子層を形成することができ、優れた耐電圧特性が得られ易い。第3処理液は、さらにドーパントなどの他の成分を含んでもよい。
(陰極層を形成する工程)
この工程では、第2工程で得られた陽極体の表面に、カーボン層と銀ペースト層とを順次積層することにより陰極層が形成される。
《実施例1》
下記の要領で、図1に示す電解コンデンサ1を作製し、その特性を評価した。
(1)陽極体を準備する工程
基材としてアルミニウム箔(厚み100μm)を準備し、アルミニウム箔の表面にエッチング処理を施し、陽極体6を得た。陽極体6の所定の箇所に絶縁性のレジストテープ(分離層13)を貼り付けた。
(2)誘電体層を形成する工程
陽極体6を濃度0.3質量%のリン酸溶液(液温70℃)に浸して70Vの直流電圧を20分間印加することにより、陽極体6の表面に酸化アルミニウム(Al2O3)を含む誘電体層7を形成した。
(3)第1導電性高分子層を形成する工程
誘電体層7が形成された陽極体6を第1処理液(PEDOT/PSS水分散液、濃度2質量%、PEDOT/PSS粒子の平均粒子径400nm)に浸漬した後、120℃で10〜30分間乾燥する工程を2回繰り返し行い、第1導電性高分子層9aを形成した。
(4)第2導電性高分子層を形成する工程
第1導電性高分子層9a(表面に、誘電体層および第1導電性高分子層が、順次形成された陽極体)を、第2処理液(PANI水溶液、濃度5質量%)に浸漬した後、190℃で2〜5分間乾燥する工程を1回行い、第2導電性高分子層9bを形成した。
(5)第3導電性高分子層を形成する工程
第2導電性高分子層9b(表面に、誘電体層、第1導電性高分子層、および第2導電性高分子層が、順次形成された陽極体)を、第3処理液(PEDOT/PSS水分散液、濃度4質量%、PEDOT/PSS粒子の平均粒子径600nm)に浸漬した後、120℃で10〜30分間乾燥する工程を4回繰り返し行い、第3導電性高分子層9cを形成した。
(6)陰極層を形成する工程
第3導電性高分子層9c(表面に、誘電体層、第1導電性高分子層、第2導電性高分子層、および第3導電性高分子層が、順次形成された陽極体)に、黒鉛粒子を水に分散した分散液を塗布した後、大気中で乾燥して、第3導電性高分子層の表面にカーボン層11を形成した。
(7)電解コンデンサの組み立て
コンデンサ素子2に、さらに、陽極端子4、陰極端子5、接着層14を配置し、樹脂封止材3で封止することにより、電解コンデンサを製造した。
《実施例2》
以下の手順により、固体電解質層を形成した以外、実施例1と同様の方法により電解コンデンサを作製した。
(1)第1導電性高分子層を形成する工程
誘電体層が形成された陽極体を第1処理液(PEDOT/PSS水分散液、濃度2質量%、PEDOT/PSS粒子の平均粒子径400nm)に浸漬した後、120℃で10〜30分間乾燥する工程を1回行い、第1導電性高分子層を形成した。
(2)第2導電性高分子層を形成する工程
第1導電性高分子層(表面に、誘電体層および第1導電性高分子層が、順次形成された陽極体)を、第2処理液(PANI水溶液、濃度5質量%)に浸漬した後、190℃で2〜5分間乾燥する工程を1回行い、第2導電性高分子層を形成した。
(3)第3導電性高分子層を形成する工程
第2導電性高分子層(表面に、誘電体層、第1導電性高分子層、および第2導電性高分子層が、順次形成された陽極体)を、第3処理液(PEDOT/PSS水分散液、濃度2質量%、PEDOT/PSS粒子の平均粒子径400nm)に浸漬した後、120℃で10〜30分間乾燥する工程を1回行い、第3導電性高分子層を形成した。
(4)第4導電性高分子層を形成する工程
第3導電性高分子層(表面に、誘電体層、第1導電性高分子層、第2導電性高分子層、および第3導電性高分子層が、順次形成された陽極体)を、第3処理液(PEDOT/PSS水分散液、濃度4質量%、PEDOT/PSS粒子の平均粒子径600nm)に浸漬した後、120℃で10〜30分間乾燥する工程を4回行い、第4導電性高分子層を形成した。
《比較例1》
第1導電性高分子層の形成工程において第1処理液の代わりに第2処理液を用い、第2導電性高分子層の形成工程において第2処理液の代わりに第1処理液を用いた以外、実施例1と同様の方法により電解コンデンサを作製した。
《比較例2》
第2導電性高分子層の形成工程において第2処理液の代わりに第1処理液を用い、第3導電性高分子層の形成工程において第3処理液の代わりに第2処理液を用いた以外、実施例1と同様の方法により電解コンデンサを作製した。
《比較例3》
第2導電性高分子層の形成工程において第2処理液の代わりに第1処理液を用いた以外、実施例1と同様の方法により電解コンデンサを作製した。
[評価]
(1)初期容量の測定
25℃の環境下で、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における初期の静電容量(容量A)を測定した。
(2)繰り返し充放電後の容量低下率の測定
電解コンデンサを、25℃の環境下で、定格電圧の1.25倍の電圧下で、5秒間充電と5秒間放電とを交互に10000回繰り返し行った。その後、上記(1)と同様の方法で容量Bを測定した。
(3)高温加熱後の容量低下率の測定
電解コンデンサを、260℃で3分間加熱した。その後、上記(1)と同様の方法で容量Cを測定した。
評価結果を表1に示す。
Claims (7)
- 陽極体と、前記陽極体上に形成された誘電体層と、前記誘導体層上に形成された固体電解質層と、を備え、
前記固体電解質層は、前記誘電体層の側から順に、チオフェン骨格を有する第1導電性高分子を含む第1導電性高分子層、アニリン骨格またはピロール骨格を有する第2導電性高分子を含む第2導電性高分子層、およびチオフェン骨格を有する第3導電性高分子を含む第3導電性高分子層を有する、電解コンデンサ。 - 陽極体と、前記陽極体上に形成された誘電体層と、前記誘導体層上に形成された固体電解質層と、を備え、
前記固体電解質層は、前記誘電体層の側から順に、チオフェン骨格を有する第1導電性高分子を含む第1導電性高分子層、第2導電性高分子を含む第2導電性高分子層、およびチオフェン骨格を有する第3導電性高分子を含む第3導電性高分子層を有し、
前記第2導電性高分子層は、前記第1導電性高分子層および前記第3導電性高分子層よりも電圧印加時の収縮率が小さい、電解コンデンサ。 - 前記陽極体は、少なくとも一部が多孔質であり、
前記第2導電性高分子層の少なくとも一部は、前記陽極体の孔内に存在する、請求項1または2に記載の電解コンデンサ。 - 表面に誘電体層が形成された陽極体に、チオフェン骨格を有する第1導電性高分子を含む第1処理液を接触させて前記第1導電性高分子を付着させる第1工程と、
前記第1工程の後に、前記第1導電性高分子が付着した前記陽極体に、アニリン骨格またはピロール骨格を有する第2導電性高分子を含む第2処理液を接触させて前記第2導電性高分子を付着させる第2工程と、
前記第2工程の後に、前記第2導電性高分子が付着した前記陽極体に、チオフェン骨格を有する第3導電性高分子を含む第3処理液を接触させて前記第3導電性高分子を付着させる第3工程と、
を含む、電解コンデンサの製造方法。 - 前記第1処理液および前記第3処理液は、それぞれ前記第1導電性高分子の分散液および前記第3導電性高分子の分散液である、請求項4に記載の電解コンデンサの製造方法。
- 前記第2処理液は、前記第2導電性高分子の溶液である、請求項4または請求項5に記載の電解コンデンサの製造方法。
- 前記陽極体は、少なくとも一部が多孔質であり、
前記第2工程では、前記第2処理液の少なくとも一部は、前記陽極体の表面の孔内に入り込んでいる、請求項4〜6のいずれか1項に記載の電解コンデンサの製造方法。
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