KR20020089685A - 알루미늄 전해 콘덴서용 초저임피던스 전해액 및 이를함유하는 전해콘덴서 - Google Patents
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Abstract
비저항이 낮은 알루미늄 전해콘덴서용 전해액 및 이를 함유하는 전해콘덴서에 관한 것이다. 전해액은 총 중량을 기준으로, 용매로서 에틸렌 글리콜 50∼60중량%와 물 20∼30중량%, 암모늄 아디페이트 20∼30중량%와 만니톨 5∼10중량%로된 전해질 및 p-니트로벤질알코올 5∼10중량%로 구성된다. 이와 같이 조성된 전해액이 함침된 알루미늄 전해콘덴서가 또한 제공된다.
본 발명의 전해액은 비저항이 감소된 것으로 전도도가 우수하고 따라서 이를 알루미늄 전해 콘덴서에 적용하는 경우 임피던스 및 손실각에 있어서 우수한 전기적 특성을 갖는다.
Description
본 발명은 전해콘덴서용 전해액 및 이를 함유하는 전해콘덴서에 관한 것이며, 보다 상세하게는 비저항값이 작아 임피던스 및 손실각이 개선된 전해콘덴서용 전해액 및 이를 함유하는 전해콘덴서에 관한 것이다.
전해콘덴서는 알루미늄박을 에칭 및 화성처리하여 전극으로 사용하고 알루미늄박 사이에는 절연층을 형성하여 두 알루미늄 박은 서로 전기적으로 격리된다. 이를 권취하고 일정한 형태의 용기내에 장입하고 전해액을 채워 전해콘덴서로 제조된다.
이때, 전해액은 전해콘덴서의 유전체층과 전극주위에 위치하며 전해액의 저항이 전해콘덴서에 직렬로 삽입된다. 따라서, 전해액의 전도도가 낮으면 전해콘덴서 내부의 등가직렬 저항이 증대되어 고주파 특성 및 손실각 특성이 저하된다. 따라서, 전해액의 전도도 및 온도특성은 전해콘덴서의 전기 특성을 결정하는 주요인자로서 전해콘덴서의 특성을 결정하는 가장 중요한 구성요소이다.
일반적으로 알루미늄 전해 콘덴서는 저압용(160WV이하), 중압용(160∼400WV), 고압용(400WV이상)으로 분류되며, 이러한 분류기준은 일반적으로 전해 콘덴서에 장입되는 전해액에 따라 결정된다.
최근 고도의 전기적 특성을 갖는 전해콘덴서가 요구되며, 특히 100℃를 넘는 고온에서 장기간 사용할 수 있는 전해콘덴서는 전도도등 전기적특성 뿐만아니라 고전도도 전해액 사용에 따른 임피던스 및 손실각등 전해콘덴서의 신뢰성 개선이 요구된다.
종래 알루미늄 콘덴서용 전해액으로는 에틸렌글리콜 용매에 전해질을 용해시킨 전해액이 광범위하게 사용되어 왔으며 그 일예로 종래의 에틸렌 글리콜과 물 에 암모늄 아디페이트와 아디프산, p-니트로벤조산 및 디암모늄 하이드로겐 포스페이트를 용해시킨 에틸렌글리콜계 전해액은 105℃제품에는 적용하기 어렵고 또한 제품의 손실각이 상승하여 품질이 우수한 물품을 제조하기 어려운 문제가 있다.
한편, 대한민국 특허 제 237116호의 γ-부티로락톤과 테트라메틸이미다졸린 하이드로겐프탈레이트로 구성된 전해액은 비저항값이 90Ω㎝/25℃정도로 비교적 높아 전해콘덴서에 적용시 손실각(tan δ)이 증대하며 저조한 신뢰성을 나타낸다.
이에, 본 발명의 목적은 비저항이 감소되어 고주파영역에서 개선된 임피던스 및 손실각 특성을 갖는 알루미늄 전해콘덴서용 고전도도 전해액을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특히, 저전압 알루미늄 전해콘덴서용 고전도도 전해액을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 전해액이 함침된 전해콘덴서를 제공하는 것이다.
도 1은 전해 콘덴서의 일예를 나타내는 사시도이며,
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 사용된 내전압 측정장치를 나타내는 개략도이다.
* 도면의 주요부위에 대한 간단한 설명 *
1.... 정류기 2.... 전압기록계
3.... 양극 호일
본 발명의 일 견지에 의하면,
전해액의 총 중량을 기준으로,
용매로서 에틸렌 글리콜 50∼60중량% 및 물 20∼30중량%;
전해질로서 암모늄 아디페이트 20∼30중량% 및 만니톨 5∼10중량%; 그리고
p-니트로벤질알코올 5∼10중량%;
로 구성되는 알루미늄 전해콘덴서용 전해액이 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면,
전해액의 총 중량을 기준으로,
용매로서 에틸렌 글리콜 50∼60중량% 및 물 20∼30중량%;
전해질로서 암모늄 아디페이트 20∼30중량% 및 만니톨 5∼10중량%; 그리고
p-니트로벤질알코올 5∼10중량%;
로 구성되는 전해액이 함침된 알루미늄 전해콘덴서가 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 고전도도 전해액은 전해액의 비저항이 현저하게 감소될 뿐만아니라 내전압 또한 우수한 것이다. 본 발명에 의한 고전도도 전해액의 낮은 비저항 우수한 내전압등의 전기적 특성은 용매에 용해되어 전해액으로서 작용하도록 하는 전해질, 전해질을 용해시키는 용매 및 첨가제를 각 물질 상호간의 비저항, pH 및 내전압을 고려하여 특정한 물질로 선정하고 또한 이들을 특정한 조성으로 혼합함으로써 달성된다.
본 발명에서와 같이 비저항이 작은 전해액이 적용된 전해콘덴서는 전해액의 전도도 증가에 따라 우수한 임피던스 및 손실각 특성을 나타내는 것으로 전기적 특성 및 신뢰성이 개선된다.
본 발명의 고전도도 전해액에 용매로는 에틸렌글리콜과 물이 함께 사용된다. 전해액의 총 중량을 기준으로 에틸렌 글리콜은 50∼60중량% 그리고 물은 20∼30중량%로 사용된다.
에틸렌글리콜이 50중량%미만인 경우에는 전해질의 용해도가 저하되어 용질이 석출되고 또한 내전압 저하로 인하여 콘덴서에 적용시, 제품의 신뢰성이 보증되지 않는다. 60중량%를 초과하는 경우에는 비저항이 증가한다.
물의 양이 20중량%미만인 경우에는 내전압이 급격히 감소하여 콘덴서에 적용시 제품의 신뢰성이 보증되지 않고 30중량%를 초과하는 경우에는 전해액의 비점이 낮아져 100℃이상에서 사용되는 전해콘덴서에는 적용할 수 없다.
전해질로는 전해액의 총 중량을 기준으로 암모늄 아디페이트 20∼30중량%와 만니톨 5∼10중량%가 사용된다. 암모늄 아디페이트가 20중량%미만으로 사용되면 비저항은 감소되나 이와 동시에 내전압이 또한 수용불가능한 정도로 감소되고 30중량%를 초과하는 경우 용해도 저하로 인하여 용질이 석출된다.
만니톨의 양이 5중량%미만인 경우, pH가 현저하게 상승하고 10중량%를 초과하는 경우 pH가 저하되어 콘덴서의 신뢰성이 보증되지 않는다.
나아가, 전해액은 낮은 비저항과 높은 내전압을 필요로하는 것으로, 암모늄 아디페이트와 만니톨은 비저항과 내전압이 상호 균형을 이루어 최적치를 나타내도록 상기범위의 양으로 사용된다.
p-니트로벤질 알코올이 전해액의 중량을 기준으로 5∼10중량%의 양으로 또한 첨가된다. 상기 첨가제는 수소가스를 흡수하고 부식을 방지한다. p-니트로벤질 알코올이 5중량%미만으로 첨가되는 경우에는 알루미늄 호일과의 전기화학반응시 수소가스를 흡수하지 못하여 제품의 방폭변 작동을 하게되고 신뢰성이 확보되지 않으며 10중량%이상으로 첨가되면 용해도가 저하되어 석출된다.
본 발명의 전해액은 100℃이상에서 적용되는 전해콘덴서에 사용될 수 있도록 용매 및 전해질을 상기와 같이 조성하여 전해액의 비점을 조절한 것이다. 또한, 봉구재질로 밀폐성이 우수한 부틸고무가 사용된다.
도 2는 본 발명의 전해액이 사용될 수 있는 전해콘덴서의 일예를 나타내는 도면이다.
상기와 같이 조성된 전해액은 비저항이 60Ω㎝/25℃이하로 이와 같은 전해액이 사용된 알루미늄 전해콘덴서는 우수한 임피던스와 손실각 및 신뢰도를 나타내며 초저임피던스 제품에 적용시 사용자의 요구사항을 충족하는 것이다.
본 발명의 전해액은 특히, 최대 105℃에서 적용되는 저압용(50V이하) 전해콘덴서에 적용되는 경우 우수한 신뢰성(105℃ 정격전압하에서 2000시간의 수명)을 나타낸다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
실시예 1-전해액 제조
상온에서 에틸렌 글리콜과 물을 혼합한 후 30℃로 승온시키고 암모늄 아디페이트 및 만니톨을 각각 별도로 첨가한 후 75℃로 승온시킨다. 75℃를 유지하면서 p-니트로벤질 알코올을 첨가하여 30분간 교반하였다.
그 후, 105℃로 승온시키고 2시간동안 교반한 다음 40℃로 자연냉각시켜 비교예 1-4 및 발명예 1-3의 전해액을 제조하였다. 각 성분은 하기 표 1에 나타낸 양으로 혼합하였다.
한편, 종래예로서 신양화성공업주식회사(일본)에서 시판되는 전해액 CP-110을 사용하여 전해액의 전기적 특성을 비교하였다.
하기 표 1에 나타낸 조성으로 제조된 전해액 및 종래 사용되던 전해액에 대한 비저항, pH 및 내접압을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
비저항은 전도도측정기를 사용하여 pH는 pH 측정기로 그리고 내전압은 도 1에 나타낸바와 같이 장치를 세팅하여 측정하였다. 도 2는 내전압측정 장치를 나타내는 개략적인 도면으로 양극으로는 알루미늄 순도가 99.98%인 호일(3)을 그리고 음극으로는 에칭된 호일을 도 2의 비이커의 안쪽에 부착하고 도 1과 같이 회로를 연결한 후, 정류기(1)의 전압범위는 해당 전해액의 SPV(Sparkling Voltage) 범위로 그리고 전류밀도는 25㎃(5㎃/㎠)로 설정하고 전압기록계(X-Y Recorder)(2)는 병렬로 연결한다. 그 후, 정류기(1)와 기록계(2)를 동시에 ON시켜 최고 도달전압을 측정하였다.
| 구분 | 성 분 (g) | 물 성 | ||||||
| EG | 물 | AA | 만니톨 | p-NBA | 비저항(Ω㎝/25℃) | pH | 내전압(Volt) | |
| 종래예 | - | - | - | - | - | 90 | 5.0 | 70 |
| 비교예 1 | 65 | 25 | 25 | 5 | 4 | 90 | 6.5 | 280 |
| 비교예 2 | 55 | 15 | 20 | 8 | 5 | 110 | 7.0 | 300 |
| 비교예 3 | 50 | 20 | 15 | 10 | 8 | 85 | 6.7 | 270 |
| 비교예 4 | 55 | 25 | 35 | 1 | 2 | 용질석출 | ||
| 발명예 1 | 45 | 30 | 24 | 5.2 | 5.5 | 66.4 | 5.8 | 258 |
| 발명예 2 | 55 | 20 | 20 | 10 | 10 | 59.8 | 6.1 | 250 |
| 발명예 3 | 50 | 25 | 30 | 5 | 5 | 60 | 5.5 | 255 |
* EG: 에틸렌글리콜
AA: 암모늄 아디페이트
p-NBA: p-니트로 벤질알코올
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 전해액은 내전압이 종래 시판되는 CP-110 전해액의 내전압에 비하여 크게 상승되며 따라서 제품 에이징(aging)시 발열 및 음극 호일의 열화 문제가 해소된다. 또한, 비저항이 감소되어 높은 전도도를 나타낸다.
실시예 2 - 전해콘덴서의 제품특성
양극박과 음극박 사이에 마닐라 섬유로된 분리기를 개재시키고, 이 권취형(rolled-up) 알루미늄 전해콘덴서에 CP-110 및 상기 발명예 3의 전해액을 함침시켜서 정격 전압 6.3V-정전용량 1500㎌(크기:Ф10 x L 20)의 알루미늄 전해 콘덴서를 제조하였다.
이 콘덴서 소자를 봉함재와 함께 알루미늄제의 외장 케이스에 봉입한 후, 컬링 가공으로 개구부를 봉지하였다. 이 봉함재로는 이소부틸렌-이소프렌-디비닐벤젠과의 공중합체로된 부틸 고무 중합체를 사용하였다.
상기 전해콘덴서를 2000hrs 동안 105℃, 6.3V에서 고온부하시험을 행한 후, 임피던스 및 손실각등의 제품특성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | CP-110 | 발명예 3 | 비고 |
| 임피던스(Ω) | 26.5 | 19.5 | 26%향상 |
| 손실각(Tan δ) | 0.563 | 0.450 | 20%향상 |
상기 표 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 전해액은 종래 사용되던 CP-110에 비하여 임피던스 특성 및 손실각(Tan δ) 특성이 개선되며 또한 제품의 신뢰도가 확보된다.
본 발명의 전해액은 비저항이 감소된 것으로 전도도가 우수하고 따라서 이를 알루미늄 전해 콘덴서에 적용하는 경우 임피던스 및 손실각에 있어서 우수한 전기적 특성을 갖는다. 또한, 저렴한 용매를 사용함으로 경제적이다.
Claims (2)
- 전해액의 총 중량을 기준으로,용매로서 에틸렌 글리콜 50∼60중량%와 물 20∼30중량%;전해질로서 암모늄 아디페이트 20∼30중량% 및 만니톨 5∼10중량%; 및p-니트로벤질알코올 5∼10중량%로 구성되는 알루미늄 전해콘덴서용 전해액
- 전해액의 총 중량을 기준으로,용매로서 에틸렌 글리콜 50∼60중량% 및 물 20∼30중량%;전해질로서 암모늄 아디페이트 20∼30중량% 및 만니톨 5∼10중량%; 그리고p-니트로벤질알코올 5∼10중량%로 구성되는 전해액이 함침된 알루미늄 전해콘덴서.
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ID=27706078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020010028314A KR20020089685A (ko) | 2001-05-23 | 2001-05-23 | 알루미늄 전해 콘덴서용 초저임피던스 전해액 및 이를함유하는 전해콘덴서 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20020089685A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100780063B1 (ko) * | 2006-08-30 | 2007-11-30 | 삼화전기주식회사 | 전해콘덴서용 전해액 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0982575A (ja) * | 1995-09-08 | 1997-03-28 | Hitachi Aic Inc | 電解コンデンサ用電解液 |
| KR980012828A (ko) * | 1996-07-11 | 1998-04-30 | 구자홍 | 모터구동 인버터의 이상신호 제어장치 |
| KR19990044259A (ko) * | 1996-06-28 | 1999-06-25 | 비센트 비.인그라시아 | 회로 보드 제조시 어셈블리-라인 박리 및 새깅 방지를 위한 회로 보드 패널과 그 제조 방법 |
| KR19990063286A (ko) * | 1997-12-18 | 1999-07-26 | 도키와 히코요시 | 전해 캐패시터용 전해질 및 이를 갖는 전해 캐패시터 |
| KR20000043500A (ko) * | 1998-12-29 | 2000-07-15 | 권호택 | 알루미늄 전해 캐패시터 제조방법 |
-
2001
- 2001-05-23 KR KR1020010028314A patent/KR20020089685A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0982575A (ja) * | 1995-09-08 | 1997-03-28 | Hitachi Aic Inc | 電解コンデンサ用電解液 |
| KR19990044259A (ko) * | 1996-06-28 | 1999-06-25 | 비센트 비.인그라시아 | 회로 보드 제조시 어셈블리-라인 박리 및 새깅 방지를 위한 회로 보드 패널과 그 제조 방법 |
| KR980012828A (ko) * | 1996-07-11 | 1998-04-30 | 구자홍 | 모터구동 인버터의 이상신호 제어장치 |
| KR19990063286A (ko) * | 1997-12-18 | 1999-07-26 | 도키와 히코요시 | 전해 캐패시터용 전해질 및 이를 갖는 전해 캐패시터 |
| KR20000043500A (ko) * | 1998-12-29 | 2000-07-15 | 권호택 | 알루미늄 전해 캐패시터 제조방법 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100780063B1 (ko) * | 2006-08-30 | 2007-11-30 | 삼화전기주식회사 | 전해콘덴서용 전해액 |
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