KR101145529B1 - 고체 전해 컨덴서 - Google Patents

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Abstract

화학 중합법에 의해 치밀한 고체 전해질층을 형성할 수 있고, ESR 특성이 우수한 고체 전해 컨덴서를 제공한다.
고체 전해 컨덴서(1)는 양극박(22)과 음극박(23)을 격리지(4)를 개재하여 권회하고 탄화 처리함으로써 수득한 권취 소자(21)를 포함하고, 상기 격리지(4)를 포함하는 양극박(22)과 음극박(23) 사이에는 고체 전해질층이 형성되어 있다. 격리지(4)는 탄화 처리에 의해 탄화되는 저내열성 섬유와 탄화 처리에 의해 탄화되지 않는 고내열성 섬유의 혼초지이며, 상기 고내열성 섬유는 섬유간 간격이 좁은 부분을 갖는 피브릴화 섬유를 이용한다.
고체 전해 콘덴서, 양극박, 음극박, 격리지, 탄화 처리

Description

고체 전해 컨덴서{SOLID ELECTROLYTIC CAPACITOR}
본 발명은 고체 전해 컨덴서에 관한 것이다.
도 1은 종래의 고체 전해 컨덴서(1)의 단면도이고, 도 2는 도 1의 고체 전해 컨덴서(1) 중의 컨덴서 소자(2)의 분해 사시도이다(예를 들면, 일본 특허 공개 (평)6-236831호 공보 참조).
이것은 일단부가 개구된 알루미늄제 케이스(3) 내에 컨덴서 소자(2)를 수납하고, 케이스(3)의 개구를 고무제 밀봉 부재(30)로 밀봉하고 있다. 컨덴서 소자(2)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 화성 피막을 형성한 알루미늄박인 양극박(22)과 알루미늄박인 음극박(23)을 절연체인 격리지(4)를 개재하여 롤형으로 권회한 권취 소자(21)로 구성되고, 내부에 TCNQ(7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄) 착염 등의 고체 전해질층이 형성되어 있다. 고체 전해질층으로서는 그 밖에 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리푸란, 폴리아닐린 등의 도전성 고분자를 사용할 수 있다.
양극박(22)과 음극박(23)으로부터는 한 쌍의 탭 단자(25)(25)가 인출되고, 상기 탭 단자(25)(25)로부터 리드선(20)(20)이 연장되어 있다. 상기 리드선(20)(20)은 밀봉 부재(30)를 관통하여 외측 방향으로 돌출되어 있다. 케이스(3)의 개구 주연부는 컬링되어 밀봉 부재(30)를 유지하고 있다.
고체 전해질층으로서 TCNQ 착염을 이용하는 경우에는, 권취 소자(21)를 열을 가하여 용해시킨 TCNQ 착염의 용해액에 함침시킨 후, 권취 소자(21)를 꺼내어 급냉시킴으로써 고화시켜 형성하고 있다. 또한, 화학 중합법에 의해 도전성 고분자를 포함하는 상기 고체 전해질층을 형성하는 경우, 산화제 용액에 단량체를 가한 혼합액에 상기 권취 소자(21)를 함침시킨 후, 권취 소자(21)를 꺼내어 건조시킴으로써, 양극박(22)과 음극박(23) 사이에 고체 전해질층을 형성한다.
격리지(4)는 천연 섬유제의 종이이고, 권취 소자(21)는 롤형으로 권회된 후에, 약 150 내지 300 ℃의 고온이 가해져 탄화 처리가 실시된다. 상기 탄화 처리에 의해 격리지(4)의 공극이 증가하여 격리지(4)의 밀도가 감소된다. 화학 중합법에 의해 상기 고체 전해질층을 형성하는 경우, 산화제 용액에 단량체를 가한 혼합액에 상기 권취 소자(21)를 함침시킨 후, 권취 소자(21)를 꺼내어 건조시킴으로써, 양극박(22)과 음극박(23) 사이에 고체 전해질층을 형성한다. 그 때문에, 권취 소자(21) 내부에 상기 용해액 또는 혼합액이 혼합되기 쉬워진다.
처음부터 밀도가 작은 격리지(4)를 이용하여 권취 소자(21)를 형성하는 것도 생각할 수 있지만, 그 경우에는 종이로서의 강도가 약해져서 권취 소자(21)를 권회할 때에 격리지가 끊어지는 등의 문제가 발생한다. 또한, 격리지(4)가 천연 섬유제의 종이인 경우, 상기 격리지(4)에 탄화 처리를 실시하면, 권취 소자(21)의 형상이 붕괴되는 등의 문제가 있다.
이들 문제를 해결하는 방법으로서, 본 출원인은 격리지로서 융점이 탄화 처리 온도보다도 높거나 또는 융점을 갖지 않는 합성 섬유를 천연 섬유에 혼초한 종 이를 이용함으로써, 권취 소자(21)를 권회할 때에 격리지(4)가 끊기지 않고, 탄화 처리시에 권취 소자(21) 형상의 붕괴를 방지하며, 권취 소자(21) 내부에 상기 혼합액을 용이하게 혼합하는 방법을 제안하였다(예를 들면, 일본 특허 공개 제2004-146707호 공보).
일본 특허 공개 제2004-146707호 공보에 기재된 방법을 이용한 경우, 권취 소자(21) 내부에 혼합액이 들어가는 공극 및 고체 전해질층이 형성되는 공극은 존재한다. 그런데, 탄화 처리에 의해 탄화 전보다 격리지 내에서의 섬유간 간격이 넓어져서, 도전성 고분자를 포함하는 고체 전해질층을 형성하는 경우, 상기 혼합액에 상기 권취 소자(21)를 함침시킨 후 권취 소자(21)를 꺼내어 건조시키기까지의 혼합액 유지력이 저하된다. 그 때문에, 치밀한 고체 전해질층을 형성할 수 없어 ESR(등가 직렬 저항) 특성이 저하되는 문제가 있었다. 특히, 폴리피롤 등에 비해 중합 속도가 느린 폴리티오펜 또는 그의 유도체를 도전성 고분자의 재료로서 이용하는 경우, 격리지의 혼합액 유지력의 저하에 의한 ESR 특성의 저하가 현저히 나타난다.
이에, 본 발명의 목적은 화학 중합법에 의해 치밀한 고체 전해질층을 형성할 수 있고, ESR 특성이 우수한 고체 전해 컨덴서를 제공하는 것이다.
본 발명은 양극박(22)과 음극박(23)을 격리지(4)를 개재하여 권회한 권취 소자(21)를 탄화 처리하고, 상기 격리지(4)를 포함하는 양극박(22)과 음극박(23) 사이에 도전성 고분자를 포함하는 고체 전해질층을 형성하는 고체 전해 컨덴서에 있어서, 격리지(4)는 상기 탄화 처리에 의해 탄화되는 저내열성 섬유와 상기 탄화 처 리에 의해 탄화되지 않는 고내열성 섬유의 혼초지이고, 상기 고내열성 섬유는 섬유간 간격이 좁은 부분을 갖는 피브릴화 섬유를 이용하는 것을 특징으로 한다.
<발명의 효과>
본 발명을 이용함으로써, 탄화 처리에 의해 격리지의 밀도가 감소하여 혼합액이 들어가는 공극을 형성하는 동시에, 탄화 처리되지 않은 각각의 간격이 좁은 부분을 갖는 피브릴화 섬유가 남아서 높은 유지력을 유지한다. 그 때문에, 치밀한 고체 전해질층의 형성이 가능해지고, ESR 특성을 향상시킬 수 있다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하, 본 발명의 일례를 도면을 이용하여 상술한다.
종래와 마찬가지로, 고체 전해 컨덴서(1)의 컨덴서 소자(2)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 화성 피막을 형성한 알루미늄박인 양극박(22)과 알루미늄박인 음극박(23)을 절연체인 격리지(4)를 개재하여 롤형으로 권회하고, 고정 테이프(26)로 고정시킨 권취 소자(21)로 구성되어 있다. 격리지(4)는 탄화 처리에 의해 탄화되는 저내열성 섬유와, 탄화 처리에 의해 탄화되지 않는 고내열성 섬유의 혼초지를 이용하고 있고, 구체적으로는 고내열성 섬유로서 방향족 폴리아미드를 10%, 저내열성 섬유로서 마닐라삼을 주성분으로 하는 천연 섬유를 90% 혼초한 혼초지를 이용하였다.
여기서, 방향족 폴리아미드에는 상기 섬유보다도 섬유간 간격이 좁은 섬유를 이용하고 있다. 구체적으로는, 매우 미세하게 분할된 부분을 갖는 피브릴화 섬유를 이용한다. 피브릴화란, 섬유 내부의 피브릴(소섬유)이 마찰 작용으로 표면에 나타나 보풀이 일어 거칠어지는 현상을 말한다. 섬유는 피브릴이 몇천개나 모인 다발로 이루어지고, 피브릴 사이에는 수소 결합이나 분자간 힘이 작용하기 때문에 피브릴은 일단 집속되어 있지만, 외력, 특히 습윤 상태에서 마찰이 가해지면 피브릴이 수염과 같이 나오게 된다.
실시예에서는 상기 방향족 폴리아미드 섬유를 고해하여 적어도 일부의 섬유 직경이 1 ㎛ 이하로 되어 있는 피브릴화 섬유를 이용하였다.
한편, 고내열성 섬유는 융점 또는 열 분해 온도가 탄화 처리에서 가하는 온도보다 높을 수 있고, 그 밖에 내열성이 높은 폴리이미드, 폴리페닐렌술피드(PPS) 등일 수도 있다. 저내열성 섬유로서는 식물 섬유 또는 동물 섬유 등의 천연 섬유 이외에도 폴리올레핀계 섬유 등의 융점 또는 열 분해 온도가 낮은 섬유를 들 수 있다.
고체 전해 컨덴서(1)는 다음과 같이 형성된다.
권취 소자(21)를 준비하고, 상기 권취 소자(21)의 단면 화성을 행한 후에, 260℃ 이상, 구체적으로는 280℃에서 탄화 처리한다. 여기서 단면 화성이란 양극박(22)을 권취할 때에 파손된 화성 피막을 수복하거나, 또는 화성 피막이 형성되지 않은 양극박(22)의 단면에 화성 피막을 형성하기 위해 재차 화성 처리를 행하는 것을 가리킨다.
그 후, 부탄올에 산화제인 p-톨루엔술폰산제2철을 가한 산화제 용액에, 단량체로서 3,4-에틸렌디옥시티오펜을 가한 혼합액을 제조한다. 상기 권취 소자(21)를 상기 혼합액 내에 함침시킨 후, 권취 소자(21)를 꺼내어 건조시킴으로써, 격리지(4)를 포함하는 양극박(22)과 음극박(23) 사이에 고체 전해질층을 형성한다. 이렇게 해서 컨덴서 소자(2)를 얻는다.
그 후, 도 1에 나타낸 바와 같이, 컨덴서 소자(2)의 리드선(20)(20)을 밀봉 부재(30)에 끼우고, 컨덴서 소자(2)를 케이스(3) 내에 수납한 후, 케이스(3)의 개구 주연부에 딥 드로잉 가공을 실시하여 컬링한다. 밀봉 부재(30)의 상측으로부터, 플라스틱제 좌판(31)을 리드선(20)(20)을 외측 방향으로 굽힘 가공하여 좌판(31)에 접촉시켜 고체 전해 컨덴서(1)를 얻는다.
출원인은 고내열성 섬유로서 방향족 폴리아미드를 10%, 저내열성 섬유로서 마닐라삼을 주성분으로 하는 천연 섬유를 90% 혼초한 격리지(4)를 이용한 상기 컨덴서(1)를 실시예 1로 하였다. 방향족 폴리아미드는 상기한 바와 같이 피브릴화되어 있다.
또한, 고내열성 섬유로서 방향족 폴리아미드를 50%, 저내열성 섬유로서 셀룰로오스 섬유를 50% 혼초한 격리지(4)를 이용한 컨덴서(1)를 제조하고, 이를 실시예 2로 하였다.
또한, 고내열성 섬유로서 방향족 폴리아미드를 90%, 저내열성 섬유로서 셀룰로오스 섬유를 10% 혼초한 격리지(4)를 이용한 컨덴서(1)를 제조하고, 이를 실시예 3으로 하였다.
또한, 고내열성 섬유로서 방향족 폴리아미드를 10%, 저내열성 섬유로서 폴 리올레핀 섬유를 90% 혼초한 격리지(4)를 이용한 컨덴서(1)를 제조하고, 이를 실시예 4로 하였다.
또한, 고내열성 섬유로서 방향족 폴리아미드를 50%, 저내열성 섬유로서 폴리올레핀 섬유를 50% 혼초한 격리지(4)를 이용한 컨덴서(1)를 제조하고, 이를 실시예 5으로 하였다.
또한, 고내열성 섬유로서 방향족 폴리아미드를 90%, 저내열성 섬유로서 폴리올레핀 섬유를 10% 혼초한 격리지(4)를 이용한 컨덴서(1)를 제조하고, 이를 실시예 6으로 하였다.
또한, 종래예 1로서, 마닐라삼을 주성분으로 하는 천연 섬유를 100% 이용한 격리지(4)로 컨덴서(1)를 제조하였다.
또한, 종래예 2로서, 고내열성 섬유로서 피브릴화되지 않은 아크릴 섬유를 10%, 저내열성 섬유로서 마닐라삼을 주성분으로 하는 천연 섬유를 90% 혼초한 격리지(4)를 이용한 컨덴서(1)를 제조하였다.
실시예 1 내지 6, 종래예 1 내지 2의 컨덴서는 격리지(4) 이외의 조건은 대략 동일하다.
컨덴서(1)는 모두 정격 전압 20 V이고, 정전 용량 22 μF이고, 케이스(3)의 외형 치수가 직경 6.3 ㎜이고 높이 6.0 ㎜인 컨덴서이다.
실시예 1 내지 6, 종래예 1 내지 2의 컨덴서를 120 Hz의 주파수로 정전 용량(Cap, 단위: μF), 유전 정접(tanδ, 단위:%)을 측정하고, 또한 100 Hz의 주파수로 등가 직렬 저항(ESR, 단위: mΩ)을 측정하였다. 이상적인 컨덴서에서는 전류 는 전압보다도 90 ℃ 위상이 진행되지만, 실제로는 지연이 발생한다. 이 지연된 각도δ를 유전 손실각이라 부르고, 일반적으로 유전 정접(tanδ)으로 나타낸다. 또한, 정격 전압을 인가하고 2분 후에, 누설 전류(LC, 단위: μA)를 측정하였다. 측정 결과를 도 3에 나타내었다. 전기적 특성치는 20개의 평균치이다.
도 3의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 피브릴화된 고내열성 섬유와, 저내열성 섬유를 혼초한 격리지(4)를 이용한 실시예 1 내지 6의 컨덴서(1)는 종래예 1 및 종래예 2의 컨덴서(1)보다 ESR가 개선되었다. 이는 저내열성 섬유가 "탄화(가늘어짐)", "용해", "분해"되는 등의 상태가 되어, 격리지 내의 밀도가 저하되어 혼합액이 들어가는 공극이 증가한다. 이와 함께, 고내열성 섬유의 섬유간 간격이 좁음으로써, 섬유끼리의 교차에 의해 형성되는 각각의 스페이스를 작게 하는 것이 가능해져 혼합액의 유지력을 유지할 수 있다. 그 결과, 화학 중합법에서의 혼합액이 격리지(4) 내에 보다 많이 잔존하여 치밀한 고체 전해질층이 형성되기 때문이라 생각된다. 이 효과는 폴리피롤 등에 비해 중합 속도가 느린 폴리티오펜 또는 그의 유도체를 고체 전해질층의 재료로 이용함으로써 커진다.
실시예에서는 280℃의 탄화 처리를 행했지만, 탄화 처리 온도는 격리지(4)에 사용하는 재료에 따라 적절히 변경이 가능하고, 고내열성 섬유와 저내열성 섬유를 혼초한 것이면 특별히 한정은 없다.
상기 실시예의 설명은 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 특허 청구의 범위에 기재된 발명을 한정하거나, 또는 범위를 감축하는 것으로 해석하면 안된다. 또한, 본 발명의 각부의 구성은 상기 실시예에 한정되지 않고, 특허 청구의 범위에 기재 된 기술 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.
도 1은 종래의 고체 전해 컨덴서의 단면도이다.
도 2는 도 1의 고체 전해 컨덴서 내의 컨덴서 소자의 분해 사시도이다.
도 3은 실시예, 종래예의 컨덴서의 전기적 특성을 측정한 결과를 나타내는 표이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 고체 전해 컨덴서
4: 격리지
21: 권취 소자
22: 양극박
23: 음극박

Claims (3)

  1. 양극박(22)과 음극박(23)을 격리지(4)를 개재하여 권회한 권취 소자(21)를 탄화 처리하고, 상기 격리지(4)를 포함하는 양극박(22)과 음극박(23) 사이에 화학 중합법에 의해 도전성 고분자를 포함하는 고체 전해질층을 형성하며,
    격리지(4)는 상기 탄화 처리에 의해 탄화되는 저내열성 섬유와 상기 탄화 처리에 의해 탄화되지 않는 고내열성 섬유의 혼초지이며, 상기 고내열성 섬유는 섬유간 간격이 좁은 부분을 갖는 피브릴화 섬유를 이용하는 것을 특징으로 하는 고체 전해 컨덴서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도전성 고분자가 폴리티오펜 또는 그의 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 전해 컨덴서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 격리지는 고내열성 섬유의 함유율이 10 내지 90%인 것을 특징으로 하는 고체 전해 컨덴서.
KR1020077004308A 2004-08-25 2005-04-19 고체 전해 컨덴서 KR101145529B1 (ko)

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