KR102437491B1 - 알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터 및 알루미늄 전해 콘덴서 - Google Patents

알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터 및 알루미늄 전해 콘덴서 Download PDF

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Abstract

적어도 한 층의 습식 부직포층을 갖고, 한 쌍의 전극의 사이에 개재하는 알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터로서, 습식 부직포층의 평균 구멍 직경이 0.5~15㎛의 범위이며, 또한, 70℃의 이온 교환수에 30분간 침지한 후의 습윤 인장 강도가 0.30kN/m 이상이다. 당해 세퍼레이터는 합성 섬유로 이루어진 습식 부직포이며, 바람직하게는, 습식 부직포층은 아크릴 섬유를 25질량% 이상 함유한다. 또, 이러한 세퍼레이터를 사용한 알루미늄 전해 콘덴서는, 에이징 시의 쇼트 불량률이 저감되고, 소자 쇼트 불량률이 저감됨과 함께, 고내전압화를 실현할 수 있다.

Description

알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터 및 알루미늄 전해 콘덴서 {SEPARATOR FOR ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITOR AND ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITOR}
본 발명은, 알루미늄 전해 콘덴서에 적합한 세퍼레이터 및 그 세퍼레이터를 이용한 알루미늄 전해 콘덴서에 관한 것이다.
최근, 전자기기나 자동차 전장기기의 디지털화에 따라, 이들 기기의 고기능화, 고성능화가 진행되고, 또, 이들 기기 등의 소형화를 위하여, 이들에 이용되는 전자 회로기판 등에도 소형화가 요구되고 있다.
도전성 고분자를 음극 재료에 이용한 알루미늄 전해 콘덴서(이하, "고체 전해 콘덴서"라고 칭함)는, 전해액을 음극 재료에 이용한 알루미늄 전해 콘덴서와 비교하여 ESR(등가 직렬 저항) 특성이 양호한 점에서 원수 삭감에 의한 소형화가 가능하고, PC나 게임기 등에 사용되고 있다. PC 등에서는 CPU의 고속화·고기능화가 요구되고 있어, 동작 주파수가 한층 더 고주파화되고 있다.
전해액을 이용한 알루미늄 전해 콘덴서의 전도 기구는 이온 전도인데, 고체 전해 콘덴서의 전도 기구는 전자 전도이며 고전도도를 나타낸다. 즉, 축적한 전자를 방출하는 응답성이 양호한 점에서, 저ESR 특성이 되어, 전원 회로 중에서도 CPU 주위에 이용하는 콘덴서로서 메리트가 있다.
알루미늄 전해 콘덴서에 이용되는 도전성 고분자 중에서도, 도전성 고분자 수분산액을 이용한 알루미늄 전해 콘덴서는, 내전압 특성이 양호하기 때문에, 전원 회로 중에서도 수십 V 정도의 정격 전압이 요구되는 용도에 사용되고 있다. 그러나, 최근, 전원 회로에 이용되는 알루미늄 전해 콘덴서에는, 정격 전압의 향상이 요구되고 있다.
또 최근에는, 음극 재료로서 도전성 고분자와 전해액을 함께 사용한, 도전성 고분자 하이브리드 알루미늄 전해 콘덴서(이하, "하이브리드 전해 콘덴서"라고 칭함)가 콘덴서 제조 회사 각사로부터 출시되고 있으며, 저ESR 특성인 것과, 쇼트 불량이 없는 것이 필수 요건인 자동차용 등에도 이용되고 있다.
여기에서, 알루미늄 전해 콘덴서의 정격 전압은, 유전체(양극 알루미늄 산화 피막)의 내전압과, 전해액(또는, 도전성 고분자)의 내전압과의 조합으로 정해진다. 음극 재료에 전해액을 이용한 알루미늄 전해 콘덴서는 알루미늄 산화 피막의 자기 수복 능력이 있으나, 고체 전해 콘덴서는, 알루미늄 산화 피막의 수복 능력을 갖지 않는다.
따라서, 고체 전해 콘덴서에서는, 도전성 고분자층을 형성하기 전에 재화성을 행함으로써, 박(箔)의 절단면이나 탭 등의 미화성 부분의 화성, 및 알루미늄 산화 피막의 결손 부분을 수복한 후에 도전성 고분자층을 형성하고 있다. 즉, 도전성 고분자층 형성 전의 재화성의 성능이, 고체 전해 콘덴서의 정격 전압을 좌우하게 된다.
고체 전해 콘덴서에 있어서는, 도전성 고분자 중합액에는, 도전성 고분자의 모노머와 산화제가 포함되어 있다. 세퍼레이터는 도전성 고분자의 유지를 위하여, 모노머 및 산화제를 포함하는 도전성 고분자 중합액의 함침성이 양호한 것이나, 도전성 고분자의 중합을 방해하지 않는 것, 도전성 고분자 수분산액의 함침성이 양호한 것 등이 요구된다.
고체 전해 콘덴서에 이용되는 세퍼레이터로서, 셀룰로스제 세퍼레이터도 있는데, 통상, 셀룰로스제 세퍼레이터는 탄화 처리를 실시하여 사용된다. 이것은, 셀룰로스를 탄화 처리함으로써, 세퍼레이터의 산화제에 대한 내성을 향상시키는 것, 또한 탄화에 의하여 세퍼레이터의 공극이 증가하기 때문이며, 중합액의 함침성을 향상시키는 것도 기대할 수 있기 때문이다.
그러나, 세퍼레이터의 탄화 처리 공정에서 가해지는 열에 의하여 셀룰로스의 열분해가 일어나, 이 열분해에 의하여 세퍼레이터의 물리적 강도가 저하되어 버린다. 또, 셀룰로스 자체는 산성 조건하에서 서서히 분해되므로, 산화제를 함유하는 도전성 고분자 중합액 및 수분산액을 콘덴서 소자에 함침하면 세퍼레이터의 물리적 강도의 저하가 현저해진다.
이와 같은 셀룰로스제 세퍼레이터의 문제점을 회피하기 위하여, 합성 섬유를 배합한 세퍼레이터도 사용되고 있다. 이 종류의 세퍼레이터에 사용되고 있는 합성 섬유로서, 예를 들면, 아크릴 섬유, 반방향족 폴리아마이드 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스터 섬유 등을 들 수 있다.
이들 합성 섬유 중에서도, 도전성 고분자의 중합액이나 분산액과의 함침성이나 내열성, 내산성 등의 관점으로부터, 아크릴 섬유가 적합하게 이용되고 있으며, 예를 들면 특허문헌 1, 2의 기술이 개시되어 있다. 또, 알루미늄 전해 콘덴서의 내부 단락(쇼트 불량)을 저감시키는 방법으로서, 예를 들면 특허문헌 3에 개시된 기술이 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2014-175588호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2006-344742호 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 2013-080828호
특허문헌 1에 기재된 발명에 있어서, 아크릴 섬유를 이용한 세퍼레이터가 제안되고 있다. 아크릴 섬유를 사용한 세퍼레이터는, 도전성 고분자의 중합액이나 분산액의 함침성, 및 유지성이 양호하고, 이 세퍼레이터를 사용함으로써, 알루미늄 전해 콘덴서의 ESR를 저감시킬 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이, 알루미늄 전해 콘덴서에도, 추가적인 고정격 전압화가 요구되고 있으며, 세퍼레이터에도, 추가적인 내쇼트성의 향상이 요구되고 있다.
특허문헌 2에 기재된 발명은, 피브릴화 아크릴 섬유를 함유한 세퍼레이터에 관한 것이며, 미세한 피브릴을 갖는 피브릴화 아크릴 섬유를 이용함으로써, 세퍼레이터의 치밀성이 향상되고, 내쇼트성을 개선할 수 있다. 또, 피브릴화 아크릴 섬유끼리의 교락점이 증가하는 것에 더하여 초지(抄紙) 시의 열이력에 의하여, 피브릴화 아크릴 섬유끼리의 교락점이 결착되기 때문에, 세퍼레이터의 강도를 향상시킬 수 있다.
또, 특허문헌 3에는, 적층 부직포의 평균 미세 구멍 직경을 0.3~20㎛로 제어한 세퍼레이터에 관한 발명이 개시되어 있다. 특허문헌 3에 의하면, 평균 구멍 직경이 0.30㎛ 이상이면, 화성액이 구멍 내에 들어오기 쉽고, 20㎛ 이하이면 섬유간 거리가 적당하여 쇼트가 적다고 여겨지고 있다.
알루미늄 고체 전해 콘덴서의 고정격 전압화라는 관점에서는, 특허문헌 1에 기재된 세퍼레이터와 비교하여, 특허문헌 2 및 3에 기재된 세퍼레이터는, 세퍼레이터의 기계 강도를 향상시켜, 쇼트를 억제하는 것이 가능하고, 특허문헌 2 및 3에 기재된 세퍼레이터를 이용한 콘덴서는, 콘덴서의 고정격 전압화에 기여하지만, 최근 요구되고 있는 정도의 고정격 전압화에는 대응할 수 없는 것을 알 수 있었다.
즉, 알루미늄 고체 전해 콘덴서의 고정격 전압화를 위하여, 콘덴서 제조 시의 재화성 공정에서 인가되는 전압도 높아지고 있다. 그리고, 재화성에서의 인가 전압의 고전압화에 의하여, 산화 피막 및 화성액의 저항에 의한 열량도 증대하므로, 화성액의 온도도 높아지고 있다.
본 발명자들은, 이 원인에 대하여 예의 검토했다. 그 결과, 특허문헌 2, 3에 기재된 세퍼레이터는, 치밀성이 높아, 소자 권회 후의 쇼트를 저감시킬 수 있지만, 온도가 상승한 화성액 중에서는, 세퍼레이터의 지층(紙層)이 붕괴되어 버린다. 이로 인하여, 세퍼레이터가 형상을 유지할 수 없고, 에이징 시의 소자의 쇼트를 억제할 수 없는 것이 판명되었다.
즉, 전압이 인가됨으로써, 온도가 상승한 화성액 중에 침지된 상태의 세퍼레이터는, 세퍼레이터를 구성하는 섬유 각각이 움직이려고 함으로써, 섬유나 피브릴끼리의 교락점이나 결착점이 느슨해지고, 그 결과, 세퍼레이터의 지층이 부분적으로 붕괴되어 간다.
화성액 중에서의 세퍼레이터 형상을 유지하기 위하여, 예를 들면 세퍼레이터에 습윤 지력 증강제를 첨가하여, 세퍼레이터 자체의 지층을 유지하는 수법을 생각할 수 있다. 그러나, 콘덴서용 세퍼레이터에 적용 가능한 습윤 지력 증강제는 수산기를 갖는 셀룰로스 섬유에는 유효하지만, 수산기를 갖지 않는 아크릴 섬유에 대해서는 습윤 인장 강도가 강해지지 않는다는 문제가 있어, 에이징 시의 소자의 쇼트 불량률을 저감시킬 수 없었다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 화성액 중에서의 지층 붕괴를 억제하여, 세퍼레이터의 형상 안정성을 향상시킴으로써, 세퍼레이터의 내쇼트성을 향상시켜, 이 세퍼레이터를 이용한 알루미늄 고체 전해 콘덴서를 고정격 전압화해도 쇼트 불량률을 저감시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 세퍼레이터는, 상기 과제를 해결하는 것을 목적으로 하여 이루어진 것이며, 예를 들면 이하의 구성을 구비한다.
즉, 적어도 한 층의 부직포층을 갖고, 한 쌍의 전극의 사이에 개재하는 알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터로서, 상기 부직포층의 평균 구멍 직경이 0.5~15㎛의 범위이며, 또한, 70℃의 이온 교환수에 30분간 침지한 후의 습윤 인장 강도가 0.30kN/m 이상인 것을 특징으로 한다.
그리고 예를 들면, 상기 부직포층은, 아크릴 섬유를 25질량% 이상 함유하는 것을 특징으로 한다. 또 예를 들면, 상기 아크릴 섬유가, 피브릴화 아크릴 섬유를 25~50질량% 함유하는 것을 특징으로 한다.
또는, 이상의 어느 하나에 기재된 세퍼레이터를 이용한 알루미늄 전해 콘덴서로 한다. 또 예를 들면, 음극으로서 도전성 고분자를 이용한 것을 특징으로 하는 알루미늄 전해 콘덴서로 한다.
본 발명에 의하면, 알루미늄 전해 콘덴서의, 에이징 시의 쇼트 불량률을 저감시키고, 소자 쇼트 불량률을 저감시킬 수 있다. 또한, 고내전압화가 실현된 알루미늄 전해 콘덴서를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시형태에 관한 세퍼레이터는, 적어도 한 층의 부직포층을 갖고, 한 쌍의 전극의 사이에 개재하는 알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터로서, 70℃의 이온 교환수에 30분간 침지한 후의 그 세퍼레이터의 습윤 인장 강도를 0.30kN/m 이상으로 한다. 바람직하게는, 70℃의 이온 교환수에 30분간 침지한 후의 습윤 인장 강도를 0.35kN/m 이상으로 하고, 더 바람직하게는, 습윤 인장 강도를 0.40kN/m 이상으로 한다.
세퍼레이터를 70℃의 이온 교환수에 30분간 침지한 후의 습윤 인장 강도에 상한은 특별히 없지만, 실제의 콘덴서에 적용 가능한 세퍼레이터의 두께, 밀도로부터 판단하면, 2.0kN/m 정도가 상한이 된다고 생각된다.
본 실시형태에 있어서의 세퍼레이터는, 세퍼레이터의 평균 구멍 직경을 0.5~15㎛의 범위 내로 제어하고 있으므로, 세퍼레이터의 치밀성이 담보되어, 콘덴서 소자 권회 공정에서의 쇼트 불량률을 저감시킬 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서의 세퍼레이터는, 70℃의 이온 교환수에 30분간 침지한 후의 습윤 인장 강도가 0.30kN/m 이상인 구조이므로, 에이징 시의 쇼트 불량을 크게 억제할 수 있다.
세퍼레이터의 평균 구멍 직경을 0.5~15㎛의 범위 제어함으로써, 세퍼레이터의 치밀성이 향상되어, 콘덴서 소자 권회 공정 후의 쇼트 불량률을 저감시킬 수 있다. 또, 세퍼레이터의 평균 구멍 직경을 0.5~13㎛의 범위로 함으로써, 쇼트 불량률을 더 저감시키는 것이 가능해져, 보다 바람직한 세퍼레이터로 할 수 있다.
한편, 평균 구멍 직경이 0.5㎛ 미만에서는, 세퍼레이터의 섬유 간극이 너무 조밀해져 함침성이 악화되고, 콘덴서의 ESR 특성도 나빠진다. 또, 평균 구멍 직경이 15㎛를 초과하면, 전극박에 버(Burr) 등이 존재한 경우, 콘덴서의 쇼트 불량이 증가할 가능성이 있다.
재화성의 시간은 30분 이내의 처리가 일반적이지만, 이 재화성에 걸리는 시간 중, 항상 전압을 인가하면, 화성액의 온도는 70℃ 정도에 달한다. 이로 인하여, 70℃의 이온 교환수에 30분간 침지한 후의 세퍼레이터의 습윤 인장 강도를 0.30kN/m 이상 확보하면, 재화성 공정에서 세퍼레이터의 지층이 붕괴되지 않아, 형상을 유지할 수 있다. 또, 세퍼레이터의 형상을 유지할 수 있어, 에이징 시의 쇼트 불량을 억제할 수 있다.
70℃의 이온 교환수에 30분간 침지한 후의 세퍼레이터의 습윤 인장 강도가 0.30kN/m 미만인 경우에는, 에이징 시의 쇼트 불량을 억제할 수 없고, 나아가서는 콘덴서의 고정격 전압화가 곤란해진다.
또, 본 실시형태에 관한 세퍼레이터는, 아크릴 섬유를 25질량% 이상 함유하면, 세퍼레이터로의 중합액이나 분산액의 함침성이 향상되어, 이 세퍼레이터를 이용한 알루미늄 전해 콘덴서의 ESR을 보다 저감시킬 수 있다. 아크릴 섬유의 함유량이 25질량% 미만에서는, 세퍼레이터로의 중합액이나 분산액의 함침성이 저하되는 경향이 있다.
또한, 아크릴 섬유로서 피브릴화 아크릴 섬유를 이용하면, 아크릴 섬유의 함침성을 유지한 상태로, 피브릴화된 아크릴 섬유에 의하여 섬유의 교락점, 결착점이 증가하여, 세퍼레이터 자체의 기계 강도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 세퍼레이터의 치밀성도 향상되므로, 쇼트 불량의 억제에 기여한다.
피브릴화 아크릴 섬유의 함유량이 너무 많으면 세퍼레이터의 치밀성이 너무 높아지게 되므로, ESR이 높아지는 경향이 있다. 피브릴화 아크릴 섬유의 함유량으로서는, 50질량% 정도가 상한으로서 바람직하다.
본 실시형태의 발명에 관한 세퍼레이터에 있어서, 아크릴 섬유 이외에 이용하는 것이 가능한 섬유로서는, 예를 들면 나일론 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스터 섬유 등이 있다. 또, 세퍼레이터의 형성 시의 필요성이나, 취급 시의 기계 강도를 고려하여, 바인더 섬유를 이용할 수 있다.
구체적으로는, 나일론 섬유로서는 반방향족 폴리아마이드 섬유, 아라미드 섬유로서는 피브릴화 아라미드 섬유, 폴리에스터 섬유로서는 폴리에틸렌테레프탈레이트폴리에스터 섬유가, 섬유 형상이나 섬유 직경, 세퍼레이터에 이용했을 때의 내열성이나 내약품성의 관점에서 바람직하다.
또, 폴리에틸렌테레프탈레이트폴리에스터 섬유는, 섬유를 방사할 때, 연신도를 억제하여 제조한 섬유이면, 세퍼레이터 형성 시의 열로, 그 섬유끼리의 교락점에서 결착되므로, 세퍼레이터의 기계 강도 등의 물성 향상에 기여한다.
본 실시형태의 세퍼레이터의 두께 및 밀도는, 원하는 알루미늄 전해 콘덴서의 특성을 만족하는 것을, 특별히 한정 없이 채용할 수 있다. 일반적으로, 두께 20~70㎛, 밀도 0.20~0.60g/cm3 정도의 세퍼레이터가 사용되고 있지만, 이 범위에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시형태예에 있어서, 세퍼레이터는, 초지법을 이용하여 형성한 습식 부직포를 채용했다. 세퍼레이터의 초지 형식은, 평균 구멍 직경이나 습윤 인장 강도를 만족할 수 있으면 특별히 한정은 없고, 장망 초지나 단망 초지, 원망 초지와 같은 초지 형식을 사용할 수 있으며, 또, 이들의 초지법에 의하여 형성된 층을 복수 합한 세퍼레이터이여도 된다.
또, 초지 시에는, 콘덴서용 세퍼레이터에 영향을 주지 않을 정도의 불순물 함유량이면, 분산제나 소포제, 지력 증강제 등의 첨가제를 더해도 되고, 지층 형성 후에 지력 증강 가공, 친액 가공, 캘린더 가공, 엠보싱 가공 등의 후가공을 실시해도 된다.
단, 본 실시형태의 근간인, 세퍼레이터의 평균 구멍 직경 0.5~15㎛, 세퍼레이터를 70℃, 30분간 이온 교환수에 침지한 후의 습윤 인장 강도가 0.30kN/m 이상을 실현할 수 있으면, 세퍼레이터의 형성 방법에 한정은 없고, 제막법에서 이용되는 바와 같은, 섬유 분산액을 캐스팅에 의하여 제막하는 등의 방법에서도 문제는 없다.
그리고, 본 실시형태의 알루미늄 전해 콘덴서는, 세퍼레이터로서 상기 구성의 세퍼레이터를 이용하여, 한 쌍의 전극의 사이에 세퍼레이터를 개재시키고, 음극 재료로서 도전성 고분자를 사용했다.
이상의 구성을 채용함으로써, 본 실시형태예의 세퍼레이터는, 중합액 혹은 분산액의 함침성이 양호하며, 내쇼트성이 우수한 것으로 할 수 있다. 그리고, 이 세퍼레이터를, 음극 재료로서 도전성 고분자를 이용한 알루미늄 전해 콘덴서에 이용함으로써, 내쇼트성이 높고, 저ESR인 알루미늄 전해 콘덴서를 얻을 수 있다.
〔세퍼레이터 및 알루미늄 전해 콘덴서의 특성의 측정 방법〕
본 실시형태의 세퍼레이터 및 알루미늄 전해 콘덴서의 각 특성의 구체적인 측정은, 이하의 조건 및 방법으로 행했다.
〔두께〕
"JIS C 2300-2'전기용 셀룰로스지-제2부: 시험 방법'5.1 두께"로 규정된, "5.1.1 측정기 및 측정 방법 a 외측 마이크로미터를 이용하는 경우"의 마이크로미터를 이용하고, "5.1.3 종이를 접어 겹쳐 두께를 측정하는 경우"의 10매로 접어 겹치는 방법으로, 세퍼레이터의 두께를 측정했다.
〔밀도〕
"JIS C 2300-2'전기용 셀룰로스지-제2부: 시험 방법'7.0A 밀도"의 B법에 규정된 방법으로, 절건 상태의 세퍼레이터의 밀도를 측정했다.
〔평균 구멍 직경〕
PMI사제의 Parm-Porometer를 이용하여 버블 포인트법(JIS K3832)에 의하여 측정되는 구멍 직경 분포로부터, 세퍼레이터의 평균 구멍 직경(㎛)을 구했다.
〔습윤 인장 강도〕
물을 넣은 워터 배스를 항온으로 유지하고, 비커 내에 200mL의 이온 교환수를 넣어 비커 내를 70℃로 유지한다. 세퍼레이터의 길이 방향(MD 방향)으로 180mm, 폭방향(CD 방향)으로 15mm로 재단한 시험편 6매를, 비커 내의 이온 교환수에 30분간 침지한다. 30분 경과 후, 꺼내어 전자식 인장 시험기를 이용하여, 파지의 간격 180mm, 매분 약 200mm의 속도로 시험편을 인장하고, 그 인장 강도를 측정했다. 6매의 평균값을 구하여 평균값을 단위환산함으로써, 습윤 인장 강도(kN/m)를 구했다.
〔고체 전해 콘덴서의 제작 공정〕
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 120μF, 직경 10mm×높이 10.0mm와, 정격 전압 63V, 정격 정전 용량 47μF, 직경 10mm×높이 15.0mm의 2종류의 고체 전해 콘덴서를 제작했다.
구체적인 제작 방법은, 이하와 같다.
에칭 처리 및 산화 피막 형성 처리를 행한 양극박과 음극박이 접촉하지 않도록 세퍼레이터를 개재시켜 권회하여, 콘덴서 소자를 제작했다. 제작한 콘덴서 소자는, 재화성 처리 후, 건조했다.
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서의 경우에는, 콘덴서 소자에 도전성 고분자 중합액을 함침 후, 가열·중합시키고, 용매를 건조시켜 도전성 고분자를 형성했다. 정격 전압 63V의 고체 전해 콘덴서의 경우에는, 콘덴서 소자에 도전성 고분자 수분산액을 함침 후, 가열·건조시켜 도전성 고분자를 형성했다.
다음으로, 소정의 케이스에 콘덴서 소자를 넣어 개구부를 봉한 후, 에이징을 행하여, 각각의 고체 전해 콘덴서를 얻었다.
〔하이브리드 전해 콘덴서의 제작 공정〕
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 270μF, 직경 10mm×높이 12.5mm와, 정격 전압 125V, 정격 정전 용량 10μF, 직경 10mm×높이 10.5mm의 2종류의 하이브리드 전해 콘덴서를 제작했다.
구체적인 제작 방법은, 이하와 같다.
에칭 처리 및 산화 피막 형성 처리를 행한 양극박과 음극박이 접촉하지 않도록 세퍼레이터를 개재시켜 권회하여, 콘덴서 소자를 제작했다. 제작한 콘덴서 소자는, 재화성 처리 후, 건조했다.
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서의 경우에는, 콘덴서 소자에 도전성 고분자 중합액을 함침 후, 가열·중합시키고, 용매를 건조시켜 도전성 고분자를 형성했다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서의 경우에는, 콘덴서 소자에 도전성 고분자 수분산액을 함침 후, 가열·건조시켜 도전성 고분자를 형성했다.
계속해서, 상기 콘덴서 소자에 구동용 전해액을 함침시켜, 소정의 케이스에 콘덴서 소자를 넣어 개구부를 봉한 후, 에이징을 행하여, 각각의 하이브리드 전해 콘덴서를 얻었다.
〔알루미늄 전해 콘덴서의 평가방법〕
본 실시형태의 알루미늄 전해 콘덴서의 구체적인 성능 평가는, 이하의 조건 및 방법으로 행했다.
〔ESR〕
제작한 콘덴서 소자의 ESR은, 온도 20℃, 주파수 100kHz의 조건에서 LCR미터를 이용하여 측정했다.
〔쇼트 불량률〕
콘덴서 소자 권회 시의 쇼트 불량은, 소자를 권회한 후의 쇼트 불량률과 에이징 시의 쇼트 불량률을 구했다. 여기에서는, 권회 후의 소자를 1000개 준비하고 300V의 전압을 인가했을 때에 도통에 의하여 전압이 강하한 것을 권회 쇼트 불량으로 간주했다. 쇼트한 불량수를 계수하여, 1000으로 나눈 후, 백분율로 나타내어, 권회 쇼트 불량률로 했다.
에이징 시의 쇼트 불량은, 권회 쇼트하지 않았던 소자에 정격 전압을 인가하여, 그 때에 도통에 의하여 전압이 강하한 것을 에이징 시의 쇼트 불량으로 간주했다. 에이징 시에 발생한 쇼트 불량수를 계수하여, 평가에 이용한 소자수로 나누고, 백분율로 나타내어, 에이징 쇼트 불량률로 했다.
〔실시예 등〕
이하, 본 발명에 관한 구체적인 실시예 등에 대하여 설명한다.
먼저, 각 실시예, 비교예, 종래예의 세퍼레이터에 대하여 설명한다.
〔세퍼레이터에 관한 실시예 1〕
아크릴 섬유 50질량%와, 피브릴화 아크릴 섬유 50질량%를 혼합했다. 얻어진 원료를 이용하여 원망 초지하고, 또한 150℃로 드라이 표면에서 열처리와 터치롤에 의한 프레스를 행하여, 실시예 1의 세퍼레이터를 제작했다.
실시예 1의 세퍼레이터는, 두께 30㎛, 밀도 0.55g/cm3이며, 평균 구멍 직경은 0.52㎛, 습윤 인장 강도는 0.69kN/m였다.
〔세퍼레이터에 관한 실시예 2〕
아크릴 섬유 50질량%와, 폴리에틸렌테레프탈레이트폴리에스터 섬유(이하, "PET 섬유"라고 칭함) 25질량%와, 섬유 제조 시의 연신도를 억제하여 제조한 폴리에틸렌테레프탈레이트폴리에스터 섬유(이하, "미연신 PET 섬유"라고 칭함) 25질량%를 혼합했다. 얻어진 원료를 이용하여 원망 초지하고, 또한 150℃로 드라이 표면에서 열처리와 터치롤에 의한 프레스를 행하여, 실시예 2의 세퍼레이터를 제작했다.
실시예 2의 세퍼레이터는, 두께 60㎛, 밀도 0.20g/cm3이며, 평균 구멍 직경은 14.7㎛, 습윤 인장 강도는 1.10kN/m였다.
〔세퍼레이터에 관한 실시예 3〕
반방향족 폴리아마이드 섬유 50질량%와, 피브릴화 아크릴 섬유 25질량%와, 미연신 PET 섬유 25질량%를 혼합했다. 얻어진 원료를 이용하여 원망 초지하고, 또한 150℃로 드라이 표면에서 열처리와 터치롤에 의한 프레스를 행하여, 실시예 3의 세퍼레이터를 제작했다.
실시예 3의 세퍼레이터는, 두께 20㎛, 밀도 0.40g/cm3이며, 평균 구멍 직경은 9.70㎛, 습윤 인장 강도는 1.60kN/m였다.
〔세퍼레이터에 관한 실시예 4〕
피브릴화 아라미드 섬유 25질량%와, PET 섬유 30질량%와, 아크릴 섬유 25질량%와, 폴리바이닐알코올 섬유 20질량%를 혼합했다. 얻어진 원료를 이용하여 원망 초지하고, 또한 150℃로 드라이 표면에서 열처리와 터치롤에 의한 프레스를 행하여, 실시예 4의 세퍼레이터를 제작했다.
실시예 4의 세퍼레이터는, 두께 70㎛, 밀도 0.30g/cm3이며, 평균 구멍 직경은 12.80㎛, 습윤 인장 강도는 0.31kN/m였다.
〔세퍼레이터에 관한 참고예〕
피브릴화 아크릴 섬유 80질량%와 아크릴 섬유 20질량%를 혼합했다. 얻어진 원료를 이용하여 원망 초지하고, 또한 150℃로 드라이 표면에서 열처리와 터치롤에 의한 프레스를 행하여, 참고예의 세퍼레이터를 제작했다.
참고예의 세퍼레이터는, 두께 40㎛, 밀도 0.45g/cm3이며, 평균 구멍 직경은 0.41㎛, 습윤 인장 강도는 0.60kN/m였다.
〔세퍼레이터에 관한 비교예 1〕
반방향족 폴리아마이드 섬유 40질량%와, PET 섬유 20질량%와, 미연신 PET 섬유 20질량%와, 피브릴화 아크릴 섬유 20질량%를 혼합했다. 얻어진 원료를 이용하여 원망 초지하고, 비교예 1의 세퍼레이터를 제작했다.
비교예 1의 세퍼레이터는, 두께 50㎛, 밀도 0.31g/cm3이며, 평균 구멍 직경은 9.10㎛, 습윤 인장 강도는 0.27kN/m였다.
〔세퍼레이터에 관한 비교예 2〕
아크릴 섬유 40질량%와, 피브릴화 아라미드 섬유 40질량%와, 폴리바이닐알코올 섬유(PVA) 20질량%를 혼합했다. 얻어진 원료를 이용하여 원망 초지하고, 비교예 2의 세퍼레이터를 제작했다.
비교예 2의 세퍼레이터는, 두께 30㎛, 밀도 0.25g/cm3이며, 평균 구멍 직경은 16.20㎛, 습윤 인장 강도는 0.41kN/m였다.
〔세퍼레이터에 관한 종래예 1〕
특허문헌 1의 실시예 1에 기재된 방법, 즉, 평균 섬유 직경 1.0㎛, 섬유 직경 3mm의 아크릴 단섬유 50중량%와, 평균 섬유 직경 3.0㎛, 섬유 직경 3mm의 아크릴 단섬유 40중량%와, 프리니스(여수도) 30ml의 파라아라미드 파이브리드 10중량%를 혼합하고, 혼합한 원료를 이용하여 원망·경사 콤비네이션 초지기를 이용하여, 습식 초지하여, 종래예 1의 세퍼레이터를 제작했다. 두께는 상온에서 캘린더 처리하여 조정했다.
종래예 1의 세퍼레이터는, 두께 10㎛, 밀도 0.50g/cm3이며, 평균 구멍 직경은 19.40㎛, 습윤 인장 강도는 0.13kN/m였다.
〔세퍼레이터에 관한 종래예 2〕
특허문헌 3의 실시예 1에 기재된 방법, 즉, PET의 용액(OCP가 용매)을 이용하여 스펀본드법에 의하여 방사하고, 극세섬유 웨브상에 분사하여 작성한 부직포층(I층)/열가소성 수지 장섬유로 구성되는 부직포층(II층)으로 이루어지는 적층 웨브를 제작하여, PET 섬유를 100질량% 함유한 종래예 2의 세퍼레이터로 했다.
종래예 2의 세퍼레이터는, 두께 40㎛, 밀도 0.50g/cm3이며, 평균 구멍 직경은 6. 70㎛, 습윤 인장 강도는 0.51kN/m였다.
본 실시형태의 각 실시예, 참고예, 각 비교예, 각 종래예의 세퍼레이터 단체(單體)의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
함유율 두께 밀도 평균 구멍 직경 습윤 인장 강도
아크릴 피브릴화 아크릴 반방향족 폴리아마이드 피브릴화 아라미드 PET 미연신 PET PVA μm g/cm3 μm kN/m
실시예 1 50 50 30 0.55 0.52 0.69
실시예 2 50 25 25 60 0.20 14.70 1.10
실시예 3 25 50 25 20 0.40 9.70 1.60
실시예 4 25 25 30 20 70 0.30 12.80 0.31
참고예 20 80 40 0.45 0.41 0.60
비교예 1 20 40 20 20 50 0.31 9.10 0.27
비교예 2 40 40 20 30 0.25 16.20 0.41
종래예 1 90 10 10 0.50 19.40 0.13
종래예 2 100 40 0.50 6.70 0.51
이상의 각 실시예, 비교예, 종래예의 세퍼레이터를 이용한 알루미늄 전해 콘덴서에 대하여 설명한다. 각 실시예, 비교예, 종래예의 세퍼레이터를 이용한 콘덴서로서 정격 전압 35V, 정격 정전 용량 120μF의 고체 전해 콘덴서, 정격 전압 63V, 정격 정전 용량 47μF의 고체 전해 콘덴서, 정격 전압 35V, 정격 정전 용량 270μF의 하이브리드 전해 콘덴서, 정격 전압 125V, 정격 정전 용량 10μF의 하이브리드 전해 콘덴서를 평가한 결과를 나타낸다.
〔콘덴서에 관한 실시예 1〕
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 120μF의 고체 전해 콘덴서의 평가 결과는, 소자 권회 시, 에이징 시 모두 쇼트 불량률이 0.1%, 에이징 후의 ESR이 9mΩ이었다.
정격 전압 63V, 정격 정전 용량 47μF의 고체 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.3%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.1%, 에이징 후의 ESR이 23mΩ이었다.
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 270μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시 및 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.0%, 에이징 후의 ESR이 14mΩ이었다.
정격 전압 125V, 정격 정전 용량 10μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.1%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.0%, 에이징 후의 ESR이 35mΩ이었다.
〔콘덴서에 관한 실시예 2〕
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 120μF의 고체 전해 콘덴서에 대한 평가 결과는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.2%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.0%, 에이징 후의 ESR이 10mΩ이었다.
정격 전압 63V, 정격 정전 용량 47μF의 고체 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.5%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.2%, 에이징 후의 ESR이 24mΩ이었다.
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 270μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.1%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.0%, 에이징 후의 ESR이 16mΩ이었다.
정격 전압 125V, 정격 정전 용량 10μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.2%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.1%, 에이징 후의 ESR이 34mΩ이었다.
〔콘덴서에 관한 실시예 3〕
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 120μF의 고체 전해 콘덴서에 대한 평가 결과는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.3%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.0%, 에이징 후의 ESR이 8mΩ이었다.
정격 전압 63V, 정격 정전 용량 47μF의 고체 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.7%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.3%, 에이징 후의 ESR이 20mΩ이었다.
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 270μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시, 에이징 시 모두 쇼트 불량률이 0.0%, 에이징 후의 ESR이 13mΩ이었다.
정격 전압 125V, 정격 정전 용량 10μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.5%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.2%, 에이징 후의 ESR이 30mΩ이었다.
〔콘덴서에 관한 실시예 4〕
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 120μF의 고체 전해 콘덴서에 대한 평가 결과는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.0%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.2%, 에이징 후의 ESR이 11mΩ이었다.
정격 전압 63V, 정격 정전 용량 47μF의 고체 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.1%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.0%, 에이징 후의 ESR이 24mΩ이었다.
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 270μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.0%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.2%, 에이징 후의 ESR이 17mΩ이었다.
정격 전압 125V, 정격 정전 용량 10μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시, 에이징 시 모두 쇼트 불량률이 0.0%, 에이징 후의 ESR이 36mΩ이었다.
〔콘덴서에 관한 참고예〕
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 120μF의 고체 전해 콘덴서에 대한 평가 결과는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.4%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.2%, 에이징 후의 ESR이 17mΩ이었다.
정격 전압 63V, 정격 정전 용량 47μF의 고체 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.9%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.5%, 에이징 후의 ESR이 29mΩ이었다.
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 270μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시, 에이징 시 모두 쇼트 불량률이 0.3%, 에이징 후의 ESR이 20mΩ이었다.
정격 전압 125V, 정격 정전 용량 10μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.7%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.5%, 에이징 후의 ESR이 41mΩ이었다.
〔콘덴서에 관한 비교예 1〕
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 120μF의 고체 전해 콘덴서에 대한 평가 결과는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.8%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 1.9%, 에이징 후의 ESR이 24mΩ이었다.
정격 전압 63V, 정격 정전 용량 47μF의 고체 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 2.9%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 1.5%, 에이징 후의 ESR이 39mΩ이었다.
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 270μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.4%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 1.9%, 에이징 후의 ESR이 29mΩ이었다.
정격 전압 125V, 정격 정전 용량 10μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 1.2%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 4%, 에이징 후의 ESR이 52mΩ이었다.
〔콘덴서에 관한 비교예 2〕
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 120μF의 고체 전해 콘덴서에 대한 평가 결과는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 4.3%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 1.8%, 에이징 후의 ESR이 29mΩ이었다.
정격 전압 63V, 정격 정전 용량 47μF의 고체 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 8.9%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 4.6%, 에이징 후의 ESR이 35mΩ이었다.
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 270μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 3.1%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 1.8%, 에이징 후의 ESR이 23mΩ이었다.
정격 전압 125V, 정격 정전 용량 10μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 5%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 3.4%, 에이징 후의 ESR이 48mΩ이었다.
〔콘덴서에 관한 종래예 1〕
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 120μF의 고체 전해 콘덴서에 대한 평가 결과는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 5.6%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 2.1%, 에이징 후의 ESR이 11mΩ이었다.
정격 전압 63V, 정격 정전 용량 47μF의 고체 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 9.1%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 1.6%, 에이징 후의 ESR이 22mΩ이었다.
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 270μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 4.6%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 2.2%, 에이징 후의 ESR이 16mΩ이었다.
정격 전압 125V, 정격 정전 용량 10μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 6.3%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 3.1%, 에이징 후의 ESR이 35mΩ이었다.
〔콘덴서에 관한 종래예 2〕
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 120μF의 고체 전해 콘덴서에 대한 평가 결과는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.4%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.3%, 에이징 후의 ESR이 30mΩ이었다.
정격 전압 63V, 정격 정전 용량 47μF의 고체 전해 콘덴서에 대한 평가 결과는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 1.1%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.6%, 에이징 후의 ESR이 36mΩ이었다.
정격 전압 35V, 정격 정전 용량 270μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.3%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.4%, 에이징 후의 ESR이 28mΩ이었다.
정격 전압 125V, 정격 정전 용량 10μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 0.9%, 에이징 시의 쇼트 불량률이 0.6%, 에이징 후의 ESR이 51mΩ이었다.
상술한 각 실시예, 참고예, 각 비교예, 각 종래예에 관한 세퍼레이터를 이용하여 작성한 알루미늄 전해 콘덴서의 성능 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
고체 전해 콘덴서 평가 결과 하이브리드 전해 콘덴서 평가 결과
정격 전압: 35V 정격 전압: 63V 정격 전압: 35V 정격 전압: 125V
정격 정전 용량: 120μF 정격 정전 용량: 47μF 정격 정전 용량: 270μF 정격 정전 용량: 10μF
쇼트 불량률 ESR 쇼트 불량률 ESR 쇼트 불량률 ESR 쇼트 불량률 ESR
소자 권회 시 에이징 시 에이징 후 소자 권회 시 에이징시 에이징 후 소자 권회 시 에이징 시 에이징 후 소자 권회 시 에이징 시 에이징 후
% mΩ % mΩ % mΩ % mΩ
실시예 1 0.1 0.1 9 0.3 0.1 23 0 0 14 0.1 0 35
실시예 2 0.2 0 10 0.5 0.2 24 0.1 0 16 0.2 0.1 34
실시예 3 0.3 0 8 0.7 0.3 20 0 0 13 0.5 0.2 30
실시예 4 0 0.2 11 0.1 0 24 0 0.2 17 0 0 36
참고예 0.4 0.2 17 0.9 0.5 29 0.3 0.3 20 0.7 0.5 41
비교예 1 0.8 1.9 24 2.9 1.5 39 0.4 1.9 29 1.2 4 52
비교예 2 4.3 1.8 29 8.9 4.6 35 3.1 1.8 23 5 3.4 48
종래예 1 5.6 2.1 11 9.1 1.6 22 4.6 2.2 16 6.3 3.1 35
종래예 2 0.4 0.3 30 1.1 0.6 36 0.3 0.4 28 0.9 0.6 51
실시예 1~4의 세퍼레이터를 이용한 정격 전압 35V, 정격 정전 용량 120μF의 고체 전해 콘덴서는, 권회 시의 쇼트 불량률, 에이징 시의 쇼트 불량률 모두 낮게 억제되어 있고 ESR도 8~11mΩ으로 낮다. 또, 동일 세퍼레이터를 이용한 정격 전압 63V, 정격 정전 용량 47μF의 고체 전해 콘덴서는, 정격 전압을 향상시켰음에도 불구하고, 권회 시의 쇼트 불량률, 에이징 시의 쇼트 불량률이 모두 낮고, ESR도 20~24mΩ이며, 고체 전해 콘덴서로서 양호한 성능을 확보하고 있다.
또, 실시예 1~4의 세퍼레이터를 이용한 정격 전압 35V, 정격 정전 용량 270μF의 하이브리드 전해 콘덴서도, 쇼트 불량률, 에이징 시의 쇼트 불량률이 모두 낮게 억제되어 있고 ESR도 13~17mΩ으로 낮다. 그리고, 동일 세퍼레이터를 이용한 정격 전압 125V, 정격 정전 용량 10μF의 하이브리드 전해 콘덴서는, 정격 전압을 향상시켰음에도 불구하고, 쇼트 불량률이 낮고, ESR도 30~36mΩ으로 낮다.
이러한 점에서, 본 실시형태의 세퍼레이터는, 콘덴서를 고정격 전압화해도, 쇼트 불량률을 억제하는 것이 가능하고, ESR도 악화되지 않는 것이 명백해졌다.
참고예의 세퍼레이터는, 두께, 밀도, 습윤 인장 강도는 실시예와 동일한 레벨이며, 평균 구멍 직경이 0.41㎛인 세퍼레이터이다. 또, 이 세퍼레이터는, 특허문헌 2의 실시예 1에 기재된 세퍼레이터와 동일한 두께, 밀도이며, 세퍼레이터를 구성하는 섬유의 함유율도 동일하다.
참고예의 세퍼레이터를 이용한 고체 전해 콘덴서, 및 하이브리드 전해 콘덴서는, 권회 시, 에이징 시 모두 쇼트 불량률은 각 실시예와 비교하여 약간 높고, 어느 콘덴서에 있어서도, ESR도 약간 높아져 있다. 즉, 참고예의 세퍼레이터는, 피브릴화 아크릴 섬유의 함유량이 80질량%로 실시예에 비하여 많고, 이로써 세퍼레이터의 치밀성이 향상된 것이 명백해졌다고 생각된다.
즉, 피브릴화 아크릴 섬유의 함유량이 많음으로써, 세퍼레이터의 평균 구멍 직경이 작아지게 된 것이, 콘덴서의 ESR에 약간의 영향을 주고 있다. 각 실시예와 참고예의 비교로부터, 세퍼레이터에 있어서의 피브릴화 아크릴 섬유의 함유율은, 50질량%까지라면, 콘덴서의 ESR를 낮게 억제하여 콘덴서의 고정격 전압화에 기여하는 것이 명백해졌다.
비교예 1의 세퍼레이터는, 두께, 밀도, 평균 구멍 직경이 실시예와 동일한 레벨이지만, 습윤 인장 강도가 0.27kN/m로 실시예에 비하여 낮다. 이 비교예 1의 세퍼레이터를 이용한 정격 전압 35V, 정격 정전 용량 120μF의 고체 전해 콘덴서는, 소자 권회 시, 에이징 시의 쇼트 불량률이 각각 0.8%, 1.9%로 각 실시예보다 높아져 있다.
또, 비교예 1의 세퍼레이터를 이용한 정격 전압 63V, 정격 정전 용량 47μF의 고체 전해 콘덴서도, 소자 권회 시, 에이징 시의 쇼트 불량률이 각각 2.9%, 1.5%로 각 실시예보다 높다. 그리고, 정격 전압 35V, 정격 정전 용량 270μF의 하이브리드 전해 콘덴서에서도, 소자 권회 시, 에이징 시의 쇼트 불량률이 각각 0.4%, 1.9%로 각 실시예보다 높고, 정격 전압 125V, 정격 정전 용량 10μF의 하이브리드 전해 콘덴서도, 소자 권회 시, 에이징 시의 쇼트 불량률이 각각 1.2%, 4.0%로 각 실시예보다 높다.
이것은, 비교예 1의 세퍼레이터는 피브릴화 아크릴 섬유를 세퍼레이터 전체에서 20질량% 밖에 함유하고 있지 않아, 세퍼레이터의 습윤 인장 강도가 0.27kN/m로 낮아졌던 것이 원인이라고 생각된다.
이러한 점에서, 콘덴서의 고정격 전압화를 위하여서는, 아크릴 섬유의 함유율은 20질량%로는 부족하고, 25질량% 필요하다는 것을 알 수 있다. 또, 세퍼레이터의 습윤 인장 강도는 0.30kN/m 이상 필요하다는 것이 명백해졌다.
비교예 2의 세퍼레이터는, 두께, 밀도, 습윤 인장 강도는 실시예와 동일한 레벨이며, 평균 구멍 직경이 16.20㎛로 크다. 이로 인하여, 비교예 2의 세퍼레이터를 이용한 각 콘덴서는, 소자 권회 시의 쇼트 불량률이 높아져 있다. 이러한 점에서, 소자 권회 시의 쇼트 불량률을 억제하려면, 세퍼레이터의 평균 구멍 직경을 15㎛ 이하로 하는 것이 필요하다는 것이 명백해졌다.
종래예 1의 세퍼레이터는, 특허문헌 1의 실시예 1에 기재된 세퍼레이터와 동일하지만, 평균 구멍 직경이 19.40㎛로 크고, 습윤 인장 강도가 0.13kN/m로 낮다. 이로 인하여, 종래예 1의 세퍼레이터를 이용한 각 콘덴서의 평가에 있어서도, 소자 권회 시, 및 에이징 시의 쇼트 불량률이 높다.
비교예 1, 2, 종래예 1의 콘덴서의 평가 결과로부터, 세퍼레이터에게 아크릴 섬유가 40~90질량% 함유되어 있는 것만으로는, 쇼트 불량률의 개선, 정격 전압의 고압화라는 과제를 해결할 수 없으므로, 평균 구멍 직경을 0.50~15.0㎛로 제어하는 것, 또, 습윤 인장 강도를 0.30kN/m 이상으로 하는 것이 필요한 것이 명백해졌다.
종래예 2의 세퍼레이터는, 특허문헌 3의 실시예 1에 기재된 세퍼레이터와 동일하게, PET 수지 100%의 3층 건식 부직포이다. 이 세퍼레이터를 이용한 각 콘덴서의 쇼트 불량률은, 실시예에 비하여 약간 나쁜 정도이지만, ESR이 높아지고 있다. 이것은, 세퍼레이터가 PET 수지 100질량%로 구성되어, 건식 부직포를 3층 적층하고 있으므로, 도전성 고분자 중합액, 또는 도전성 고분자 수분산액의 함침성, 및 유지성이 나빠, 도전성 고분자층이 제대로 형성될 수 없었던 것이 원인이라고 생각된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 실시형태에 의하면, 세퍼레이터의 평균 구멍 직경을 0.5~15㎛의 범위에 제어하고, 70℃의 이온 교환수에 30분간 침지한 후의 습윤 인장 강도가 0.30kN/m 이상인 세퍼레이터로 함으로써, 화성액 중에서의 세퍼레이터의 지층 붕괴를 억제할 수 있어, 세퍼레이터의 형상 안정성이 향상한다. 이로 인하여, 본 실시형태의 세퍼레이터를 이용한 알루미늄 전해 콘덴서의, 에이징 시의 쇼트 불량률을 저감시켜, 소자 쇼트 불량률의 저감도 가능해진다. 즉, 알루미늄 전해 콘덴서의 고내전압화에도 기여할 수 있다.
세퍼레이터에 있어서, 아크릴 섬유를 25질량% 이상 함유함으로써, 도전성 고분자 중합액이나, 도전성 고분자 수분산액의 양호한 함침성을 갖는 세퍼레이터로 할 수 있다. 함침성이 양호함으로써, 중합액이나 분산액의 함침성·유지성이 향상되고, 이 세퍼레이터를 이용한 알루미늄 고체 전해 콘덴서의 ESR를 더 저감시킬 수 있다.
또, 피브릴화 아크릴 섬유를 25~50질량% 함유한 세퍼레이터로 함으로써, 양호한 함침성을 유지하면서, 세퍼레이터의 치밀성을 더 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태의 세퍼레이터는, 콘덴서에 이용한 경우, 콘덴서의 ESR이 악화되는 일 없이, 쇼트 불량률을 저감시켜, 콘덴서의 고정격 전압화에도 기여한다.

Claims (5)

  1. 적어도 한 층의 습식 부직포층을 갖고, 한 쌍의 전극의 사이에 개재하는, 고체 전해 콘덴서용 또는 하이브리드 전해 콘덴서용 세퍼레이터로서,
    상기 습식 부직포층의 평균 구멍 직경이 0.5~15㎛의 범위이며, 또한, 70℃의 이온 교환수에 30분간 침지한 후의 습윤 인장 강도가 0.30kN/m 이상이고, 상기 세퍼레이터는 합성 섬유만으로 이루어진 습식 부직포인 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서용 또는 하이브리드 전해 콘덴서용 세퍼레이터.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 습식 부직포층은, 아크릴 섬유를 25질량% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서용 또는 하이브리드 전해 콘덴서용 세퍼레이터.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 아크릴 섬유가, 피브릴화 아크릴 섬유를 25~50질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서용 또는 하이브리드 전해 콘덴서용 세퍼레이터.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 고체 전해 콘덴서용 또는 하이브리드 전해 콘덴서용 세퍼레이터를 이용한 것을 특징으로 하는 하이브리드 전해 콘덴서.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 고체 전해 콘덴서용 또는 하이브리드 전해 콘덴서용 세퍼레이터를 이용한 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서로서,
    음극으로서 도전성 고분자를 이용한 것을 특징으로 하는 고체 전해 콘덴서.
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