JPWO2018043063A1 - 電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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、固体電解質層上に形成された陰極引出層と、を備える。
0≦W2y/W2x<1、かつ、0<W2x
を満たす。
0≦W2o/W2n<1、かつ、0<W2n
を満たすことが好ましい。ここで、W2nは、陽極体の孔内に存在する第1導電性高分子および第2導電性高分子の合計100質量部に対する陽極体の孔内に存在する第2導電性高分子の量(質量部)を指す。W2oは、陽極体の孔外に存在する第1導電性高分子および第2導電性高分子の合計100質量部に対する陽極体の孔外に存在する第2導電性高分子の量(質量部)を指す。
中でも、繰り返し充放電後の容量低下の抑制の観点から、PANIがより好ましい。
0≦W2b/W2a<1、かつ、0<W2a
を満たすことが好ましい。
(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。
0≦W2b/W2a<1、かつ、0<W2a
を満たす。
[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、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導電性高分子と、アニリン骨格を有する第2導電性高分子とを含む第1処理液を接触させて、第1導電性高分子および第2導電性高分子を付着させる第1工程(第1導電性高分子層の形成工程)と、第1工程の後に、第1導電性高分子および第2導電性高分子が付着した陽極体に、チオフェン骨格を有する第1導電性高分子を含み、第1処理液よりアニリン骨格を有する第2導電性高分子の含有量が小さい第2処理液を接触させて、少なくとも第1導電性高分子を付着させる第2工程(第2導電性高分子層の形成工程)と、を含む。
0≦WL2/WL1<1、かつ、0<WL1
を満たす。
(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、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、例えば、誘電体層が形成された陽極体に、第1A導電性高分子および第2A導電性高分子を含む第1処理液を接触させて第1A導電性高分子および第2A導電性高分子を付着させる。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、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、例えば、第1工程の後に、第1A導電性高分子および第2A導電性高分子が付着した陽極体に、第1B導電性高分子および第2B導電性高分子を含む第2処理液を接触させて第1B導電性高分子および第2B導電性高分子を付着させる。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。
(陰極引出層を形成する工程)
この工程では、第2工程で得られた陽極体の(好ましくは形成された固体電解質層の)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引出層が形成される。
《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(第1工程)
ドーパントとしてPSSを含むPEDOT水分散液(濃度2質量%、ドーパントを含むPEDOT粒子の平均粒子径400nm)とPANI水溶液(濃度5質量%)とを調合し、第1A導電性高分子(PEDOT)および第2A導電性高分子(PANI)を55:45の質量比で含む第1処理液を準備した。
(4)第2導電性高分子層を形成する工程(第2工程)
第2A導電性高分子(PEDOT)を含む第2処理液として、ドーパントとしてPSSを含むPEDOT水分散液(濃度4質量%、ドーパントを含むPEDOT粒子の平均粒子径600nm)を準備した。第1導電性高分子層が形成された陽極体を第2処理液に浸漬した後、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)陰極引出層を形成する工程
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)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2導電性高分子層9bの表面にカーボン層11を形成した。
(6)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2〜5》
第1A導電性高分子(PEDOT)および第2A導電性高分子(PANI)の質量比を表1に示す値に変更した以外は、実施例1と同様に電解コンデンサを作製した。
《実施例6》
ドーパントとしてPSSを含むPEDOT水分散液(濃度2質量%、ドーパントを含むPEDOT粒子の平均粒子径400nm)とPANI水溶液(濃度5質量%)とを調合し、第1A導電性高分子(PEDOT)および第2A導電性高分子(PANI)を55:45の質量比で含む第1処理液を準備した。
《比較例1》
第2A導電性高分子(PANI)を含む第1処理液として、PANI水溶液(濃度5質量%)を準備した。誘電体層が形成された陽極体を第1処理液に浸漬した後、120℃で10〜30分間乾燥する工程を1回繰り返し行い、第1導電性高分子層を形成した。
《比較例2》
第1A導電性高分子(PEDOT)を含む第1処理液として、ドーパントとしてPSSを含むPEDOT水分散液(濃度2質量%、ドーパントを含むPEDOT粒子の平均粒子径400nm)を準備した。誘電体層7が形成された陽極体6を第1処理液に浸漬した後、120℃で10〜30分間乾燥する工程を1回繰り返し行い、第1導電性高分子層を形成した。
《比較例3》
ドーパントとしてPSSを含むPEDOT水分散液(濃度2質量%、ドーパントを含むPEDOT粒子の平均粒子径400nm)とPANI水溶液(濃度5質量%)とを調合し、第1A導電性高分子(PEDOT)および第2A導電性高分子(PANI)を55:45の質量比で含む第1処理液を準備した。
《比較例4》
第1A導電性高分子(PEDOT)を含む第1処理液として、ドーパントとしてPSSを含むPEDOT水分散液(濃度2質量%、ドーパントを含むPEDOT粒子の平均粒子径400nm)を準備した。誘電体層が形成された陽極体を第1処理液に浸漬した後、120℃で10〜30分間乾燥する工程を1回繰り返し行い、第1導電性高分子層を形成した。
[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。各電解コンデンサの容量Aを、比較例1の容量Aを100とした指数として表した。
(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)耐電圧特性の測定
電解コンデンサの電圧を1V/sで昇圧し、電流値が0.5Aを超えた時の電圧値(V)を測定した。各電解コンデンサの電圧値を、比較例1の電圧値を100とした指数として表した。この値が大きいほど、耐電圧特性が高いことを示す。
Claims (10)
- 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、前記固体電解質層上に形成された陰極引出層と、を備え、
前記固体電解質層は、チオフェン骨格を有する第1導電性高分子と、アニリン骨格を有する第2導電性高分子と、を含み、
前記固体電解質層の前記誘電体層側の前記第2導電性高分子の量が、前記固体電解質層の前記陰極引出層側の前記第2導電性高分子の量よりも大きい、電解コンデンサ。 - 前記固体電解質層は、第1導電性高分子層と、前記第1導電性高分子層よりも前記陰極引出層側に形成された第2導電性高分子層と、を含み、
前記第1導電性高分子層に含まれる前記第2導電性高分子の量が、前記第2導電性高分子層に含まれる前記第2導電性高分子の量よりも大きい、請求項1に記載の電解コンデンサ。 - 前記第1導電性高分子層に含まれる前記第2導電性高分子の量が、前記第1導電性高分子層に含まれる前記第1導電性高分子および前記第2導電性高分子の合計100質量部に対して5〜80質量部である、請求項2に記載の電解コンデンサ。
- 前記第2導電性高分子層は、前記第2導電性高分子を含まない、請求項3に記載の電解コンデンサ。
- 前記陽極体は、少なくとも一部が多孔質であり、
前記固体電解質層の一部が、前記陽極体の孔内に侵入しており、
前記陽極体の孔内に存在する前記第2導電性高分子の量が、前記陽極体の孔外に存在する前記第2導電性高分子の量よりも大きい、請求項1に記載の電解コンデンサ。 - 前記陽極体の孔内に存在する前記第2導電性高分子の量が、前記陽極体の孔内に存在する前記第1導電性高分子および前記第2導電性高分子の合計100質量部に対して5〜80質量部である、請求項5に記載の電解コンデンサ。
- 前記固体電解質層において、前記第2導電性高分子は前記陽極体の孔外に存在しない、請求項5または6に記載の電解コンデンサ。
- 前記第1導電性高分子はポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を含み、前記第2導電性高分子はポリアニリンを含む、請求項1〜7のいずれか1項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導電性高分子と、アニリン骨格を有する第2導電性高分子とを含む第1処理液を接触させて、前記第1導電性高分子および前記第2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導電性高分子および前記第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1導電性高分子を含み、前記第1処理液よりアニリン骨格を有する第2導電性高分子の含有量が小さい第2処理液を接触させて、少なくとも前記第1導電性高分子を付着させる第2工程と、
を含む、電解コンデンサの製造方法。 - 前記第1導電性高分子はポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を含み、前記第2導電性高分子はポリアニリンを含む、請求項9に記載の電解コンデンサの製造方法。
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