JPWO2018139573A1 - 電解コンデンサ用電解液、電解コンデンサ、及び電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態に係る電解コンデンサの実施例1として、定格電圧が50WV、定格容量が47μF、コンデンサ素子寸法が径6.3mm及び長さ8mmの巻回型の電解コンデンサを作製した。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例2の電解コンデンサを作製した。但し、電解液に添加する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランは、電解液の全量に対して3wt%とした。シリカに対する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.5となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例3の電解コンデンサを作製した。但し、電解液に添加する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランは、電解液の全量に対して5wt%とした。シリカに対する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.83となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例4の電解コンデンサを作製した。但し、電解液に添加する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランは、電解液の全量に対して10wt%とした。シリカに対する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で1.67となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例5の電解コンデンサを作製した。但し、電解液に添加する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランは、電解液の全量に対して20wt%とした。シリカに対する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で3.33となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例6の電解コンデンサを作製した。但し、電解液には、シランカップリング剤として3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン(信越シリコーン製 KBE−503)を添加した。3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランは、電解液の全量に対して1wt%とした。シリカに対する3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.17となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例7の電解コンデンサを作製した。但し、電解液には、シランカップリング剤としてN−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン(信越シリコーン製 KBM−602)を添加した。N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシランは、電解液の全量に対して1wt%とした。シリカに対するN−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.17となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例8の電解コンデンサを作製した。但し、電解液に添加する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランは、電解液の全量に対して0.06wt%とした。シリカに対する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.01となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例9の電解コンデンサを作製した。但し、電解液に添加する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランは、電解液の全量に対して0.5wt%とした。シリカに対する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.083となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例10の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤として、2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 KBM−303)を用い、電解液の全量に対して1wt%添加した。シリカに対する2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.17となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例11の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤として、2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランを用い、電解液の全量に対して3wt%添加した。シリカに対する2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.5となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例12の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤として、2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランを用い、電解液の全量に対して5wt%添加した。シリカに対する2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.83となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例13の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤として、2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランを用い、電解液の全量に対して10wt%添加した。シリカに対する2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で1.67となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例14の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤として、2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランを用い、電解液の全量に対して20wt%とした。シリカに対する2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で3.33となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例15の電解コンデンサを作製した。但し、電解液に添加する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランは、電解液の全量に対して0.1wt%とした。シリカに対する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.017となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例16の電解コンデンサを作製した。但し、電解液に添加する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランは、電解液の全量に対して0.2wt%とした。シリカに対する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.033となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例17の電解コンデンサを作製した。但し、電解液に添加する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランは、電解液の全量に対して0.3wt%とした。シリカに対する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.05となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例18の電解コンデンサを作製した。但し、電解液に添加する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランは、電解液の全量に対して0.4wt%とした。シリカに対する3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.067となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例19の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤として、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランを用い、電解液の全量に対して0.06wt%添加した。シリカに対する3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.01となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例20の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤として、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランを用い、電解液の全量に対して0.1wt%添加した。シリカに対する3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.017となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例21の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤として、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランを用い、電解液の全量に対して0.3wt%添加した。シリカに対する3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.05となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例22の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤として、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランを用い、電解液の全量に対して0.5wt%添加した。シリカに対する3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.083となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例23の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤として、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランを用い、電解液の全量に対して2wt%添加した。シリカに対する3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.33となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例24の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤として、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランを用い、電解液の全量に対して3wt%添加した。シリカに対する3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.5となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例25の電解コンデンサを作製した。但し、電解液には、シランカップリング剤として、2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランを用い、溶質としてフタル酸1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム(以下、EDMIPという)を用いた。2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランは電解液の全量に対して3wt%、また、EDMIPは電解液の全量に対して20wt%添加した。シリカに対する3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.5となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例26の電解コンデンサを作製した。但し、予めシリカと3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランとを混合したものを、γ‐ブチロラクトンとスルホランの混合溶媒に、TMIPおよびニトロ化合物と共に添加し、電解液を調製した。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例27の電解コンデンサを作製した。但し、電解液には、シランカップリング剤として、2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランを用い、溶質としてフタル酸トリエチルアミン(以下、PhA/TEAという)を用いた。2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランは電解液の全量に対して3wt%、また、PhA/TEAは電解液の全量に対して20wt%添加した。シリカに対する3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.5となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例28の電解コンデンサを作製した。但し、電解液には、シランカップリング剤としてビニルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 KBM−1003)を添加した。ビニルトリメトキシシランは、電解液の全量に対して1wt%とした。シリカに対するビニルトリメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.17となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例29の電解コンデンサを作製した。但し、電解液には、シランカップリング剤としてp−スチリルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 KBM−1403)を添加した。p−スチリルトリメトキシシランは、電解液の全量に対して1wt%とした。シリカに対するp−スチリルトリメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.17となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例30の電解コンデンサを作製した。但し、電解液には、シランカップリング剤として3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越シリコーン製 KBM−5103)を添加した。3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランは、電解液の全量に対して1wt%とした。シリカに対する3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.17となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例31の電解コンデンサを作製した。但し、電解液には、シランカップリング剤として3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン(信越シリコーン製 KBE−9007)を添加した。3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランは、電解液の全量に対して1wt%とした。シリカに対する3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.17となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例32の電解コンデンサを作製した。但し、電解液中、シリカは1wt%とした。また、シランカップリング剤として、2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランを用いた。2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランは、電解液の全量に対して0.33wt%添加した。シリカに対する2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.33となる。
実施例32の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例33の電解コンデンサを作製した。但し、電解液中、シリカは2wt%とした。また、2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランは、電解液の全量に対して0.66wt%添加した。シリカに対する2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランの添加量は、実施例32と同じく、シリカを1として重量比で0.33となる。
実施例32の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例34の電解コンデンサを作製した。但し、電解液中、シリカは6wt%とした。また、2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランは、電解液の全量に対して2wt%添加した。シリカに対する2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランの添加量は、実施例32と同じく、シリカを1として重量比で0.33となる。
実施例32の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例35の電解コンデンサを作製した。但し、電解液中、シリカは9wt%とした。また、2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランは、電解液の全量に対して3wt%添加した。シリカに対する2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランの添加量は、実施例32と同じく、シリカを1として重量比で0.33となる。
実施例32の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例36の電解コンデンサを作製した。但し、電解液中、シリカは15wt%とした。また、2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランは、電解液の全量に対して4wt%添加した。シリカに対する2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランの添加量は、実施例32と同じく、シリカを1として重量比で0.33となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて実施例37の電解コンデンサを作製した。但し、電解液には、シランカップリング剤として3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン(信越シリコーン製 KBE−402)を添加した。3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシランは、電解液の全量に対して1wt%とした。シリカに対する3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシランの添加量は、シリカを1として重量比で0.17となる。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて比較例1の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシリカもシランカップリング剤も添加しなかった。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて比較例2の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤を添加しなかった。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて比較例3の電解コンデンサを作製した。但し、予めシリカと3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランとを混合し、加熱(125℃、45分間)したものを、溶質およびニトロ化合物とともに、γ−ブチロラクトンとスルホランとの混合溶媒に添加し、電解液とした。
実施例1の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて比較例4の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシリカを添加しなかった。
実施例32の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて比較例5の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤を添加せず、シリカの添加量を電解液全量に対して2wt%とした。
実施例32の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて比較例6の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤を添加せず、シリカの添加量を電解液全量に対して9wt%とした。
実施例32の電解コンデンサと同一材料、同一方法及び同一条件にて比較例7の電解コンデンサを作製した。但し、電解液にはシランカップリング剤を添加せず、シリカの添加量を電解液全量に対して15wt%とした。
実施例1及び8並びに比較例2の電解コンデンサの電解液を用い、各電解液がゲル化するまでの時間を計測した。各電解液をアンプル管に入れ、150℃で保持し、各測定時間においてゲル化しているか目視にて確認した。電解液を収容したアンプル管を傾けても内容物に流動性がない状態をゲル化とした。その結果を表1に示す。表1に記載の時間は、ゲル化したことを確認した時間を記載しており、ゲル化した時間ではない。また、表1中、シランカップリング剤Aは3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランを示す。
次に、シリカの添加量が6wt%である各実施例及び比較例の電解コンデンサの耐圧特性を評価した(実施例32〜36及び比較例5〜7を除く)。評価のために、各実施例および比較例の初期耐圧と125℃、100時間無負荷放置後の耐圧を測定し、また耐圧変化率(Δ耐圧)を算出した。尚、耐圧変化率を検証するために、外装ケースの加締め後にエージング処理を行っていない電解コンデンサを用いた。その結果を表2及び表3に示す。ここで、シランカップリング剤Aは3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、Bは3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、CはN−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Dは2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、Eはビニルトリメトキシシラン、Fはp−スチリルトリメトキシシラン、Gは3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、Hは3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、Iは3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシランである。
シリカの添加量を変化させた実施例32〜36及び比較例2及び5〜7の電解コンデンサの耐圧特性を評価した。評価のために、各実施例および比較例の初期耐圧と125℃、100時間無負荷放置後の耐圧を測定し、また耐圧変化率(Δ耐圧)を算出した。尚、耐圧変化率を検証するために、外装ケースの加締め後にエージング処理を行っていない電解コンデンサを用いた。その結果を表4に示す。
実施例1〜7及び10〜14、並びに比較例1、2及び4の電解コンデンサの初期特性を評価した。電解コンデンサの初期特性として、静電容量(Cap)、等価直列抵抗(ESR)及び誘電正接(tanδ)を測定した。その結果を表5に示す。シランカップリング剤Aは3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、Bは3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、CはN−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Dは2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランである。
実施例1〜5及び10〜14、並びに比較例1、2及び4の電解コンデンサの無負荷放置試験を行った。試験の評価のために、実施例1〜5及び比較例1及び2の初期と155℃、270時間無負荷放置後との間の静電容量変化率(ΔCap)、等価直列抵抗変化率(ΔESR)、誘電正接変化率(Δtanδ)を算出し、また無負荷放置試験後の漏れ電流(LC)を測定した。その結果を表6に示す。シランカップリング剤Aは3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、Bは3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、CはN−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Dは2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランである。
Claims (13)
- 溶媒、溶質、シリカ及び下記一般式(化1)で表されるシリル化剤又はシランカップリング剤とを含むこと、
を特徴とする電解コンデンサ用電解液。
- 前記一般式(化1)で表されるシリル化剤又はシランカップリング剤は、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン及び3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシランの群から選ばれる1種以上であること、
を特徴とする請求項1記載の電解コンデンサ用電解液。 - 前記シリカに対する前記シリル化剤又はシランカップリング剤の添加量は、重量比で1:0.01以上〜3.33以下であること、
を特徴とする請求項1又は2記載の電解コンデンサ用電解液。 - 前記シリカに対する前記シリル化剤又はシランカップリング剤の添加量は、
重量比で1:0.03以上であること、
を特徴とする請求項1又は2記載の電解コンデンサ用電解液。 - 前記シリカの添加量は、当該電解コンデンサ用電解液全体に対して2wt%以上35wt%以下であること、
を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の電解コンデンサ用電解液。 - 請求項1乃至5の何れかに記載の電解コンデンサ用電解液を備えること、
を特徴とする電解コンデンサ。 - 一対の電極箔を備え、
前記シリル化剤又は前記シランカップリング剤は、シリカ及び/又は前記電極箔の表面に結合し、
前記電極箔の表面に前記シリカが存在していること、
を特徴とする請求項6記載の電解コンデンサ。 - 前記シリル化剤又は前記シランカップリング剤で表面修飾された前記シリカが水酸基で前記電極箔の表面に吸着していること、
を特徴とする請求項7記載の電解コンデンサ。 - 前記シリル化剤又は前記シランカップリング剤は、シリカ及び前記電極箔の表面に結合し、
前記シリル化剤又は前記シランカップリング剤を介して、前記電極箔の表面に前記シリカが近接していること、
を特徴とする請求項8記載の電解コンデンサ。 - 誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔をセパレータを介して対向させてコンデンサ素子を形成し、
前記コンデンサ素子に、少なくとも溶媒、溶質、シリカ及び下記一般式(化2)で表されるシリル化剤又はシランカップリング剤を含浸させること、
を特徴とする電解コンデンサの製造方法。
- 前記一般式(化2)で表されるシリル化剤又はシランカップリング剤は、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポシキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン及び3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシランの群から選ばれる1種以上であること、
を特徴とする請求項10記載の電解コンデンサの製造方法。 - 前記コンデンサ素子への前記電解液の含浸工程以降に、前記電解液中の前記シリカを前記電解液中の前記シリル化剤又は前記シランカップリング剤で表面修飾すること、
を特徴とする請求項10又は11記載の電解コンデンサの製造方法。 - 前記コンデンサ素子への前記電解液の含浸工程以降に、熱処理すること、
を特徴とする請求項12記載の電解コンデンサの製造方法。
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