JPWO2018051520A1 - 電解コンデンサ用電極部材および電解コンデンサ - Google Patents
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Abstract
Description
以下に説明する基材10は、後述の電解コンデンサ用電極部材20(図6等参照)の前駆体である。
(1)電解コンデンサ用電極部材の形状
図6から図10は、本発明の一実施形態、第1変形例、第2変形例、第3変形例、および第4変形例による電解コンデンサ用電極部材をその長さ方向(軸方向)に対して垂直に切断したときの表層近傍の断面形状を、拡大して模式的に表した図である。
(2)凹部の全体構造
本発明における電解コンデンサ用電極部材20は、外表面が少なくとも1つ以上の第1凹部と、少なくとも第1凹部に開口する少なくとも1つ以上の第2凹部を含むものであって、ワイヤー状の基材を用いている。なお、第1凹部とは、電解コンデンサ用電極部材20の外側に向けて開口する凹部であって、電解コンデンサ用電極部材20の表層から深い位置(たとえば芯側)に形成されている凹部と比較して大きいものを言う。さらに、本発明における電解コンデンサ用電極部材20には、第2凹部よりも微細な第3凹部が形成されているものも含まれる。以下、その一例を、図6から図10を用いて説明する。
(3)第1凹部
第2凹部は第1凹部と比較すると微細であるため、電解コンデンサ用電極部材20の表面積拡大への寄与が大きい。ここで、第2凹部は、略キューブ形状を有するため、これが所定の方向にずれた状態で連通する場合には、連通方向において部分的に狭くなる箇所が生じる。
(4)第2凹部
第2凹部は、第1凹部と比較すると微細であり、電解コンデンサ用電極部材20の表面積への寄与が大きい。そのため、第1凹部の内壁に形成された第2凹部は、特にその形状が略キューブ状や略球体状の場合には、さらにその内壁に第2凹部を形成し、これを繰り返して第2凹部を連ねることで、電解コンデンサ用電極部材20の表面積の拡大につながり、高い静電容量を得ることができる。
(5)第3凹部
略キューブ状や略球体状の第3凹部が形成された電解コンデンサ用電極部材20の一例として、たとえば図9に示すように、クレーター状の第1凹部およびトンネル状の第2凹部が形成された第3変形例に係る電解コンデンサ用電極部材20がある。
(6)凹部の形成方法
本発明における電解コンデンサ用電極部材20の第1凹部、第2凹部および第3凹部等の凹部の形成方法として、例えば、エッチング(直流、交流、ケミカル、スパッタ、プラズマなど)、蒸着および粉体付着(付着後、焼結を行なったものも含む)が挙げられる。
本発明における電解コンデンサは、上記電解コンデンサ用電極部材と、上記電解コンデンサ用電極部材に向い合うように配置される対向電極部材と、上記電解コンデンサ用電極部材と上記対向電極部材との間に配置される電解質とを備える。好ましくは、電解質は、導電性高分子を含む固体電解質である。
(1)誘電体
本発明における電解コンデンサ用電極部材20を陽極体として用いる場合には、その表面に誘電体皮膜を形成する。その方法として例えば、硼酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、アジピン酸アンモニウム等の水溶液中での陽極酸化が挙げられる。
(2)電解質
電解コンデンサには、電解質が液体状のもの(駆動用電解液)と固体状のもの(固体電解質)と二種類あるが、本発明における電解コンデンサ用電極部材20はいずれのタイプの電解コンデンサにも用いることができる。そして、本発明における電解コンデンサにおいては、駆動用電解液も固体電解質も、従来より電解コンデンサに用いられているものを用いることができる。
(3)陰極体
本発明における電解コンデンサ用電極部材20を陽極体として用いる場合において、陰極体としては、電解質が駆動用電解液の場合には、陽極体が箔状に構成される場合に電解コンデンサに使用される陰極と同じ構成を有する陰極箔を用いることができる。一方、電解質が固体電解質の場合には、陰極体としては、駆動用電解液を用いると同様に陰極箔を用いることもできるし、例えばカーボン層と銀ペースト層の積層体なども用いることができる。
(4)その他の電解コンデンサの主要材料
陽極体と陰極体の間に挟むセパレータ、陽極体に接続する陽極端子、陰極体に接続する陰極端子、アルミケースおよび封口ゴムは、従来より電解コンデンサに用いられているものを用いることができる。
(5)電解コンデンサの製造方法
本発明における電解コンデンサ用電極部材20を陽極体とし、電解質に駆動用電解液を用いる場合について、その製造方法の一例を説明する。
(1)第1凹部および第2凹部の構造
第1凹部および第2凹部が形成された電解コンデンサ用電極部材20の表層を、走査型電子顕微鏡もしくはマイクロスコープで観察して、画像を取得する。
(2)静電容量および容量出現率
測定周波数120HzのLCRメーターにて、導電性高分子の溶液に浸漬する前の状態の電解コンデンサ用電極部材20の静電容量を、陽極酸化の際に用いた水溶液に応じて、アジピン酸アンモニウム水溶液中またはホウ酸アンモニウム水溶液中にて測定する。そして、測定周波数120HzのLCRメーターにて、製造されたコンデンサの静電容量を測定する。水溶液中での電解コンデンサ用電極部材20の静電容量とコンデンサの静電容量から、容量出現率を求める。
(3)漏れ電流
固体電解コンデンサに定格電圧を1分間印加後の電流値を測定する。次の式1から、漏れ電流を求める。
(1)凹部が形成される前の状態における基材として、以下のものを用いた。
(I)形状:長さ方向に対して垂直な断面形状が円形である、円柱状。
(II)成分:Niを含有しない、純度99.99%のアルミニウム材。
(III)直径:0.2mm。
(IV)長さ:1.0mm。
(2)基材表面の脱脂を目的とした酸処理を行なってから、塩酸4.5wt%と硫酸0.9wt%と塩化アルミニウム2.0wt%を含有する水溶液中にて、凹部が形成されている層の厚さが約65μmになるように、電流密度:280mA/cm2、電流波形(半波):三角波の条件で交流エッチングを行なった。なお、周波数を2段階で変化させることとし、前段1Hz、後段60Hzにそれぞれ設定した。また、液温度は、前段45℃、後段35℃にそれぞれ設定した。交流エッチングが終わったら、次に塩素イオン除去を目的とした酸処理を行なった。これにより、電解コンデンサ用電極部材20(陽極体)を準備した。
(3)アジピン酸アンモニウム水溶液中にて、電圧3Vを電解コンデンサ用電極部材20に印加して、電解コンデンサ用電極部材20を陽極酸化した。
(4)陽極酸化によって誘電体(酸化被膜)が形成された電解コンデンサ用電極部材20に、セパレータおよび電解コンデンサ用陰極箔を順次巻き付けた。
(5)巻付後の電解コンデンサ用電極部材20および陰極箔を市販のSIGMA‐ALDRICH社製、PEDOT/PSS 1.0wt.% in H2O,high‐conductivity grade Orgacon(登録商標) HIL−1005(製品番号:768642)に浸漬して、乾燥した。これを所望の回数繰り返し、電解コンデンサ用電極部材20と陰極箔との間に固体電解質層を形成した。
(6)固体電解質層が形成された電解コンデンサ用電極部材20および陰極箔をアルミケースに収容し、アルミケースの開口部を封口ゴムで封止した。
交流エッチングの周波数を3段階で変化させることとし、前段1Hz、中段10Hz、後段60Hzにそれぞれ設定するとともに、液温度を前段および中段45℃、後段35℃になるようにそれぞれ設定したことを除いては、実施例1と同様に電解コンデンサ用電極部材20および電解コンデンサを作製した。
交流エッチングの周波数を3段階に変化させたが、最初の周波数を実施例1の5分の1である0.2Hzにしたことを除いては、実施例2と同様に電解コンデンサ用電極部材20および電解コンデンサを作製した。
交流エッチングの周波数を3段階に変化させたが、最初の周波数が実施例1の5倍である5Hzにしたことを除いては、実施例2と同様に電解コンデンサ用電極部材20および電解コンデンサを作製した。
凹部が形成される前の状態における基材として、長さ方向に対して垂直な断面形状が正方形で、その一辺の長さが0.16mmである角柱状のものを用いたことを除いては、実施例2と同様に電解コンデンサ用電極部材20および電解コンデンサを作製した。
基材に、Niを50ppm含有する純度99.99%のアルミニウム材を用いたことを除いては、実施例2と同様に電解コンデンサ用電極部材20および電解コンデンサを作製した。
交流エッチングの周波数を60Hzに、液温度を45℃にそれぞれ固定したことを除いては、実施例1と同様に電解コンデンサ用電極部材20および電解コンデンサを作製した。
(1)凹部を形成する前の状態における基材として、以下のものを用いた。
(I)形状:長さ方向に対して垂直な断面形状が円形である、円柱状。
(II)成分:Niを含有しない、純度99.99%のアルミニウム材。
(III)直径:0.8mm。
(IV)長さ:3.0mm。
(2)基材表面の脱脂を目的とした酸処理を行なってから、塩酸1.8wt%と硫酸23wt%と硫酸アルミニウム15wt%を含有する水溶液中にて、電流密度50mA/cm2、電気量3C/cm2、液温度72℃の条件で直流エッチングを行なった。更に、直流エッチングで形成されたトンネル状の第1凹部を拡大する目的で、硝酸1.0wt%と硝酸アルミニウム12wt%を含有する水溶液中にて、液温度75℃で10分間ケミカルエッチングを行なった。次いで、塩酸4.5wt%と硫酸0.9wt%と塩化アルミニウム2.0wt%を含有する水溶液中にて、液温度:35℃、電流密度:280mA/cm2、周波数:60Hz、電流波形(半波):三角波の条件で交流エッチングを行なった。交流エッチングを行なってから、塩素イオン除去を目的とした酸処理を行なった。これにより、電解コンデンサ用電極部材20を準備した。
(3)ホウ酸アンモニウム水溶液中にて、電圧200Vを電解コンデンサ用電極部材20に印加して、電解コンデンサ用電極部材20を陽極酸化した。
(4)陽極酸化によって誘電体(酸化被膜)が形成された電解コンデンサ用電極部材20に、セパレータおよび電解コンデンサ用陰極箔を順次巻き付けた。
(5)巻付後の電解コンデンサ用電極部材20および陰極箔を市販のSIGMA‐ALDRICH社製、PEDOT/PSS 1.0wt.% in H2O,high‐conductivity grade Orgacon(登録商標) HIL−1005(製品番号:768642)に浸漬して、乾燥した。これを所望の回数繰り返し電解コンデンサ用電極部材20と陰極箔との間に固体電解質層を形成した。
(6)固体電解質層が形成された電解コンデンサ用電極部材20および陰極箔をアルミケースに収容し、アルミケースの開口部を封口ゴムで封止した。
直流エッチングおよびケミカルエッチングは行なわずに、交流エッチングのみ行なったことを除いては、実施例7と同様に電解コンデンサ用電極部材20および電解コンデンサを作製した。
Claims (8)
- 電解コンデンサに含まれる電解コンデンサ用電極部材であって、
前記電解コンデンサ用電極部材は、ワイヤー形状を有し、
前記電解コンデンサ用電極部材の外表面は、外側に向けて開口する少なくとも1つ以上の第1凹部と、少なくとも前記第1凹部に開口する少なくとも1つ以上の第2凹部を含み、
円相当径で表す前記第2凹部の開口径は、円相当径で表す前記第1凹部の開口径よりも小さい、電解コンデンサ用電極部材。 - 前記外表面は、前記第2凹部に開口する微細な第3凹部をさらに含む、請求項1に記載の電解コンデンサ用電極部材。
- 前記第1凹部のうち、円相当径で表す開口径が1μm以上500μm以下であるもの、および/または、深さが0.5μm以上250μm以下であるものが、1個/mm2以上2.0×105個mm2以下の密度で存在する、請求項1または2に記載の電解コンデンサ用電極部材。
- 前記第1凹部が、クレーター形状またはトンネル形状を有する、請求項1から3のいずれか1項に記載の電解コンデンサ用電極部材。
- 前記電解コンデンサ用電極部材の軸方向に垂直な断面形状を巨視的に見た場合に、前記断面形状の周縁が、角張った部分を有さない環状形状となる、請求項1から4のいずれか1項に記載の電解コンデンサ用電極部材。
- Niを5ppm以上150ppm以下含有するアルミニウム材によって構成されている、請求項1から5のいずれか1項に記載の電解コンデンサ用電極部材。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載の電解コンデンサ用電極部材と、
前記電解コンデンサ用電極部材に向かい合うように配置される対向電極部材と、
前記電解コンデンサ用電極部材と前記対向電極部材との間に配置される電解質とを備える、電解コンデンサ。 - 前記電解質は、導電性高分子を含む固体電解質である、請求項7に記載の電解コンデンサ。
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