KR100348923B1 - 전해콘덴서구동용 전해액 및 그것을 사용한 전해콘덴서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 전해콘덴서구동용의 전해액으로서, 용매속에 하기구조식에 의해 표시되는 붕산에스테르 및/또는 그 염을 용해한 전해액을 사용하는 것이다.
상기 식에서, Rt는 CH3또는 H이고, R1, R2, R3는 -CH2O, -C2H4O, -C3H6O, 또는 -C4H8O이며, k, l, m, 및 n은 임의의 자연수이다. 또 본 발명의 다른 전해액은, 용매속에 무기산 및/또는 유기산을 함유하고, 또한, 상기 구조식의 붕산에스테르 및/또는 그 염을 용해한 구성으로 이루어진다. 상기 전해액을 사용해서 전해콘덴서를 제조함으로써, 125℃라고 하는 고온도환경하에서도 500V이상의 고내압특성을 가지고, 또한, 특성이 안정된 전해콘덴서를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 전해콘덴서구동용 전해액 및 그것을 사용한 전해콘덴서에 관한 것이다.
종래부터 전해콘덴서구동용 전해액(이하, 전해액이라 칭함)의 용질로서 붕산 혹은 붕산암모늄이 사용되고 있다. 이들은 양극 처리 성능이 비교적 양호하기 때문에 고압콘덴서용으로 장기간에 걸쳐서 사용되어 왔다. 그러나, 붕산 혹은 붕산암모늄은 분자내에 축합수(condensed water)를 가지기 때문에, 고온, 특히 100℃이상용의 전해콘덴서에는 사용할 수 없었다.
비수계의 전해액의 용질로서, 아젤라인산, 부틸옥탄 2산(일본국 특공소 60-13293호 공보), 5,6-데칸디카르복시산(일본국 특공소 63-15738호 공보), 측쇄(side chain)를 가진 2염기산(일본국 특허등록 제 2681202호)등의 2염기산 및 그들의 염을 용질로한 전해액이 알려져 있다. 이들 유기카르복시산은 전해액중의 수분을 저감할 수 있기 때문에, 100℃이상의 환경하에서도 내압상승에 의한 전해콘덴서의 벨브 개방을 억제할 수 있다. 또, 불꽃발생전압 및 양극 처리 성능을 개선할 목적에서 폴리에틸렌글리콜(일본국 특공평 3-76776호 공보), 폴리글리세린(일본국 특공평 7-70443호 공보), 알킬렌블록폴리머(일본국 특허등록 제 2731241호) 등의 계면활성제도 알려져 있다.
한편, 특히 최근, 고주파대책회로나 차량용에 사용되는 전해콘덴서에는, 고내압, 내고온도특성, 장수명이 요망된다. 상기 유기카르복시산 혹은 그 염을 용질로하고, 계면활성제를 첨가한 종래의 전해액으로는, 이들의 요망에 부응하는 것이 곤란하였다. 또, 양극 처리 공정 그 외에 있어서, 불꽃발생전압을 향상시키고자 할 경우에 상기 종래의 전해액은 사용할 수 없다고 하는 문제점이 있다.
본 발명은 전해콘덴서의 고내압, 고내열, 장수명에 기여할 수 있는 전해콘덴서구동용 전해액 및 그것을 사용한 전해콘덴서를 공급하는 것을 목적으로 하는 것이다.
도 1은, 본 발명의 실시태양 5, 9, 10에 있어서의 전해액과, 종래예 3, 4에 있어서의 전해액의 양극 처리시의 불꽃발생전압을 표시한 특성도이고,
도 2는 전해콘덴서의 콘덴서소자의 구성을 표시한 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 양극박 2: 음극박
3: 세퍼레이터 4: 인출리드
본 발명은, 전해액으로서 용매속에
(a) 다음에 표시한 일반식 (1), (2) 또는 (3)에 의해 표시되는 붕산에스테르 및/또는 그 염
상기 식에서, Rt는 CH3또는 H이고,
R1, R2, R는 -CH2O, -C2H4O, -C3H6O, 또는 -C4H8O이고,
k, l, m 및 n은 임의의 자연수이다;
또는,
(b) 붕산 혹은 붕산암모늄 등의 무기산 및/또는 유기산을 함유한, 상기 일반식 (1), (2), (3)에 의해 표시되는 붕산에스테르 및/또는 그 염이다. 또 본 발명의 전해콘덴서는 상기 전해액을 사용한 것이다.
이하, 본 발명의 일실시의 형태에 대해서 설명한다.
먼저, 표 1에 상기 일반식 (1), (2), (3)에 의해 표시되는 붕산에스테르의 구체적인 화합물을 열거한다. 표 1에 표시한 바와 같이, 상기 붕산에스테르는 다종류의 치환기를 선택할 수 있기 때문에, 그 점도나 융점 등의 물리적특성을 그 전해액의 용도에 따라서 자유로이 선택할 수 있다. 또한, 표 1에서 표시한 구조식은, 상기 ①,②,③에 의해 표시하는 일반구조의 일부를 표시한 것이며, 표 1이외에도 모든 구조를 채택하는 것이 가능하다.
다음에, 표 1에서 표시한 붕산에스테르를 사용한 전해액의 특성을 표 2에 표시한다. 표 2에 있어서 (A),(B),(C),(D)는 각각 종래예이다.
표 2에 표시한 바와 같이, 본 발명의 붕산에스테르류는 양극 처리 성능이 뛰어나고, 높은 불꽃발생전압을 얻을 수 있다. 또, 본 발명의 붕산에스테르류의 전도도는, 종래의 유기산의 레벨에는 미치지 못하나, 붕산, 붕산암모늄과 동등한 레벨을 유지할 수 있다. 단, 본 발명의 붕산에스테르류는, 표 2의 실시의 형태에서도 표시한 바와 같이, 유기산 또는 그 염과 병용함으로써 전도도를 유지하면서 불꽃발생전압을 비약적으로 향상시킬 수 있는 것이다.
또, 도 1은 표 2중의 실시의 형태 5, 9, 10과 종래예 3, 4의 불꽃발생전압의 특성을 표시한 것이다. 도 1에서 명백한 바와 같이, 본 발명의 실시의 형태 5, 9, 10은, 종래예의 3, 4에 비해, 양극 처리 성능이 양호하고, 높은 불꽃발생전압을 얻을 수 있는 것이다. 이 이유는, 본 발명의 전해액의 사용에 의해, 피막의 복원성이 양호하기 때문이다.
계속해서, 본 발명의 전해액을 전해콘덴서에 사용했을경우의 사례를 이하에 표시한다.
일반적으로 전해콘덴서는 도 2에 표시되는 바와 같이, 알루미늄으로 이루어진 양극박(1)과, 마찬가지로 알루미늄으로 이루어진 음극박(2)를, 그 사이에 세퍼레이터(3)을 개재시켜서 대향하도록 감은 것으로 소자를 구성하고 있다. 또, 양극박(1) 및 음극박(2)의 각각에는, 인출리드(4)가 접속되어 있다. 이와 같은 구성의 소자를 전해액에 함침시키고, 알루미늄케이스 등의 케이스내에 봉입하고, 고무등의 밀봉부재등에 의해 봉입함으로써 전해콘덴서가 구성된다.
표 2에서 표시한 본 발명의 전해액과 종래의 전해액을 사용하여, 도 2에 표시한 구조의 전해콘덴서를 각 20개 준비해서 수명시험을 실시했다. 결과를 표 3에 표시한다. 표 3의 번호는 표 1의 번호의 시료에 대응하는 것이다. 또한, 여기서 사용한 알루미늄 전해콘덴서의 정격은, 모두 500WV 100μF이며, 그 시험온도는 105℃에서 실시했다.
표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전해액을 사용한 전해콘덴서는, 제조시의 에이징공정 및 수명시험시 단락이나 파열 등의 불량이 발생하지 않았다. 이 결과는, 불꽃발생전압이 높다고 하는 본 발명의 전해액의 특징에 기인하는 것이다. 또, 시험후의 용량변화율, tanδ변화, 누설전류(LC), 외관변화의 어느 특성에 있어서도 변화가 적었다. 이 결과, 신뢰성이 높은 전해콘덴서를 얻을 수 있었다.
또, 실시의 형태 9, 10에 대해서는, 전해콘덴서의 정격을 550V로 인상해서재차 검토를 실시하였다. 수명시험을 행한 결과를 표 4에 표시한다. 여기서 사용한 전해콘덴서의 정격은, 모두 550WV 150μF이며, 그 시험온도는 105℃에서 행하였다.
표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전해액을 사용한 전해콘덴서는, 550V에서 평가했음에도 불구하고 에이징공정 및 수명시험을 통해서 단락, 파열 등의 불량이 발생하지 않았다. 또, 시험후의 용량변화율, tanδ변화, 누설전류(LC), 외관변화의 어느특성에 있어서도 변화가 적고, 신뢰성이 높은 전해콘덴서를 얻을 수 있었다.
또, 실시의 형태 9, 10, 11, 12에 대해서는, 고온안정성을 확인하기 위하여, 시험온도를 125℃에서 수명시험을 실시했다. 결과를 표 5에 표시한다. 여기서 사용한 전해콘덴서의 정격은, 모두 550WV 100μF를 사용하고 있으며, 각 전해액마다 각 20개 시험을 실시했다.
표 5로부터 알수있는 바와 같이, 본 발명의 전해액은 125℃라고하는 고온환경하에서 평가했음에도 불구하고, 수명시험후에 단락, 파열등의 불량이 발생하지 않았다. 또, 시험후의 용량변화율, tanδ, 누설전류(LC), 외관변화의 어느 특성에 있어서도 변화가 적고, 신뢰성이 높은 전해콘덴서를 얻을 수 있었다.
본 발명의 전해액에 사용할 수 있는 화합물로서는, 타리트, 소르비트, 만니트, 이지트, 알로둘시트, 둘시트, 크실리톨, 펜타에리토리트, 크실로오스, 아라비노오제, 리볼로오스, 크실로오스, 리퀴소스 등의 헥시트류, 펜토오스류를 들수 있다. 이들 화합물의 효과는 실시의 형태 10의 만니트와 동등한 것이다. 또, 상기 헥시트류는, D체(體), L체, 메소체 등의 입체이성체(異性體)가 존재하나, 입체이성체에 의한 효과에 틀림은 없었다. 또, 헥시트류, 펜토오스류 및 글리세린 등의 다가알콜류는, 동시에 1종이상첨가용해도 된다.
또한, 이상 설명해온 본 발명의 실시의 형태의 용매는 모두 에틸렌글리콜로 되어있으나, 이 이외의 용매로서, 아미드류, 락톤류, 글리콜류, 유황화합물류, 카보네이트류를 단독, 또는 혼합해서 사용할 수 있다. 이중에서도, 바람직한 용매제로서는, 탄산프로필렌, 디메틸포름아미드, N-메틸포름아미드, γ-부티로락톤, N-메틸피롤리돈, 디메틸술폭시드, 에틸렌시아노히드린, 에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜모노 또는 디알킬에테르 등을 들 수 있다. 이들 중의 적어도 1종이상을 사용하면, 상기 본 발명의 실시의 형태와 마찬가지의 효과를 얻게된다.
또, 본 발명의 전해액에 사용할 수 있는 유기산의 종류로서는, 아젤라산, 아디프산, 글루타르산,프탈산, 말레산, 벤조산, 5,6-데칸디카르복시산, 1,6-데칸디카르복시산등을 들 수 있다. 또, 상기 유기산의 염으로서는, 암모늄염, 아민염, 아미딘계염등을 사용할 수 있다. 그 유기산 및/또는 그 염은, 단독은 물론, 사용용도에 따라서 2종이상을 혼합해서 사용할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 전해액은 붕산 혹은 붕산암모늄의 첨가량이 10wt%이하인 구성으로한 것이며, 이에 의해 100℃이상의 환경하에서도 전해콘덴서의 밸브개방을 야기하는 일이 없다. 또, 본 발명에 따른 전해액은, 또 불꽃발생전압을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 관한 전해액을 사용해서 전해콘덴서를 제조함으로써, 125℃라고하는 고온도환경하에서도 500V이상의 고내압특성을 가지며, 또한, 장시간특성의 안정된 전해콘덴서를 제조할 수 있으며, 이는 공업적인 가치가 큰 것이다.
Claims (8)
- 하기 식(1) 및 (2)의 붕산에스테르, 및 그 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 용매에 용해되어 이루어진 전해콘덴서구동용 전해액.상기 식에서,Rt는 CH3또는 H이고,R1, R2, R3은 -CH2O, -C2H4O, -C3H6O 또는 -C4H8O이고,k, l, m 및 n은 임의의 자연수이되, l은 n과 동일하지 않다.
- 삭제
- (a) 용매에 용해된, 하기 식 (1) 및 (2)의 붕산에스테르 및 그 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상[상기 식에서,Rt는 CH3또는 H이고,R1, R2, R3은 -CH2O, -C2H4O, -C3H6O 또는 -C4H8O이고,k, l, m 및 n은 임의의 자연수이되, l은 n과 동일하지 않다]; 및(b) 무기산, 무기산의 염, 유기산 및 유기산의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 전해콘덴서구동용 전해액.
- 삭제
- 하기 식 (1) 및 (2)의 붕산에스테르 및 그 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 용매에 용해되어 이루어진 전해액을 사용한 전해콘덴서.상기 식에서,Rt는 CH3또는 H이고,R1, R2, R3은 -CH2O, -C2H4O, -C3H6O 또는 -C4H8O이고,k, l, m 및 n은 임의의 자연수이되, l은 n과 동일하지 않다.
- 삭제
- (a) 용매에 용해된, 하기 식 (1) 및 (2)의 붕산에스테르 및 그 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상[상기 식에서,Rt는 CH3또는 H이고,R1, R2, R3은 -CH2O, -C2H4O, -C3H6O 또는 -C4H8O이고,k, l, m 및 n은 임의의 자연수이되, l은 n과 동일하지 않다]; 및(b) 무기산, 무기산의 염, 유기산 및 유기산의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 전해액을 사용한 전해콘덴서.
- 제 7항에 있어서, 붕산 또는 그 염의 첨가량이 10중량%이하인 전해콘덴서.
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