KR20200133755A - 알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터 및 알루미늄 전해 콘덴서 - Google Patents

알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터 및 알루미늄 전해 콘덴서 Download PDF

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KR20200133755A
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타카후미 오치
마사키 이시가야스미
히로노리 쿠마오카
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닛폰 고도시 코포레이션
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Abstract

한 쌍의 전극 사이에 개재하는 알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터로서, 공극률이 65 내지 85%, 평균 구멍 직경이 0.5 내지 25.0㎛, 클락 강도가 1 내지 10㎤/100 이다. 또한, 당해 세퍼레이터는, 이러한 구성을 구비하는 부직포이며, 폴리아미드 섬유를 함유한다. 또한, 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서에 당해 세퍼레이터를 사용함으로써 초기 ESR 및 쇼트 불량률의 저감, 그리고, 가혹한 환경 하에서 장기간의 사용에 견딜 수 있는 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 당해 세퍼레이터는, 음극 재료에 도전성 고분자를 사용한 알루미늄 전해 콘덴서에 사용할 수 있다.

Description

알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터 및 알루미늄 전해 콘덴서
본 발명은 알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터 및 그 세퍼레이터를 사용한 알루미늄 전해 콘덴서에 관한 것이다.
최근, 전자 기기의 소형화, 고성능화가 진행되고 있고, 이러한 전자 기기에 사용되는 회로 기판 등에 탑재되는 부품도 한층 소형화, 고성능화가 요구되고 있다.
회로 기판에 탑재되는 부품의 하나로 알루미늄 전해 콘덴서가 있는데, 알루미늄 전해 콘덴서 중에서도, 음극 재료로 도전성 고분자를 사용한 알루미늄 고체 전해 콘덴서(이하, 고체 전해 콘덴서)는 음극 재료로 전해액을 사용하는 통상의 알루미늄 비고체 전해 콘덴서(이하, “비고체 전해 콘덴서”라고 한다.)와 비교하여 주파수 특성이 우수하고, 등가 직렬 저항(이하, “ESR”이라고 한다.)이 작고 고주파 특성이 요구되는 CPU 주변에도 사용되어 오고 있다.
또한 최근은, 음극 재료로서, 도전성 고분자와 전해액을 모두 사용한 도전성 고분자 하이브리드 알루미늄 전해 콘덴서(이하, “하이브리드 전해 콘덴서”라고 한다.)가 콘덴서 메이커 각 사로부터 시장에 공급되게 되어, 저ESR 특성인 것과, 쇼트 불량이 없는 것이 필수 요건인 자동차 전장 기기 용도에도 사용되게 되었다.
상술한 바와 같이, 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서는, PC나 가정용 게임기를 비롯해, 고내열성이 요구되는 자동차용 전장 부품 등으로도 적용 범위가 넓어지고 있다.
고체 전해 콘덴서는, 전극박과 세퍼레이터를 중첩하고 권회하여 소자 권회를 형성한 후, 전극박의 알루미늄 산화 피막의 결손 부분의 수복 및 전극박의 절단면이나 탭 등의 미화성 부분의 화성을 행하여 도전성 고분자층을 형성한 후, 케이스에 삽입, 밀봉하여 제작하고 있다. 하이브리드 전해 콘덴서에서는, 도전성 고분자층을 형성한 후에, 다시 전해액을 함침하고, 케이스에 삽입, 밀봉하여 제작하고 있다.
고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서에 사용되는 세퍼레이터는, 셀룰로오스계 섬유를 사용한 것, 합성 수지 섬유를 사용한 것, 셀룰로오스계 섬유와 합성 수지 섬유를 혼합하여 사용한 것 등이 제안되고 있다.
고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서의 도전성 고분자층은, 도전성 고분자의 중합액(도전성 고분자의 모노머 용액과 산화제 용액)을 세퍼레이터에 함침시킨 후에 중합해서 형성하는 경우와, 도전성 고분자 미립자의 수분산액을 세퍼레이터에 함침시킨 후에, 물을 건조시켜 형성하는 경우가 있다.
고체 전해 콘덴서는, 음극 재료에 고체인 도전성 고분자를 사용하고 있기 때문에, 고온 조건 하에서도, 비고체 전해 콘덴서와 같이 전해액의 증산에 의한 특성 열화가 없다. 또한, 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서의 전도 기구는 전자 전도이며, 이온 전도인 비고체 알루미늄 전해 콘덴서와 비교하여 응답성이 좋기 때문에, 주파수 특성이 양호하고, ESR도 작다. 이 때문에, 전류를 받았을 때의 콘덴서 발열도 억제된다. 이러한 특징으로부터, 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서는, 회로 기판에 탑재되는 콘덴서로서, 저저항화, 내열성 향상 등의 관점에서 장점이 크다.
고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서의 세퍼레이터로서 셀룰로오스계 섬유만으로 이루어지는 세퍼레이터를 사용한 경우, 도전성 고분자의 중합액을 사용하면, 셀룰로오스가 중합액의 산화제와 반응하여 산화제를 소비함으로써, 도전성 고분자의 중합을 저해한다. 한편, 도전성 고분자의 수분산액을 사용한 고체 전해 콘덴서에서는, 수분산액의 점도가 매우 높기 때문에, 세퍼레이터로의 수분산액의 함침성이 나쁘다.
이러한 산화제와의 반응을 방지하고 또한 수분산액의 함침성을 향상시키기 위해서, 셀룰로오스계 세퍼레이터는, 소자 권회를 형성 후, 고온에서 가열함으로써, 세퍼레이터를 탄화하고, 그 후에 도전성 고분자층을 형성하고 있다. 탄화된 셀룰로오스계 세퍼레이터는, 내산화성이 높아져 중합액의 산화제와의 반응성이 저하되고 또한 세퍼레이터를 구성하는 셀룰로오스 섬유가 탄화에 의해 가늘어지고, 세퍼레이터의 공극이 증가하기 때문에 수분산액의 함침성도 향상된다.
그러나, 탄화 처리를 행함으로써 제조 공정 수가 증가하고, 또한 공정도 복잡해진다. 덧붙여, 탄화 처리에 의해 셀룰로오스가 열분해되기 때문에, 세퍼레이터의 물리적 강도도 저하된다.
이러한 셀룰로오스계 세퍼레이터의 과제를 해결하기 위해서, 비탄화로 사용 가능한 세퍼레이터로서, 합성 수지 섬유를 사용하는 것, 셀룰로오스계 섬유와 합성 수지 섬유를 혼합해 사용하는 것 등이 제안되고 있다.
합성 수지 섬유를 사용한 세퍼레이터는, 비탄화이더라도, 도전성 고분자의 중합을 저해하지 않고, 도전성 고분자와의 친화성을 고려한 재료를 선정함으로써, 수분산액의 함침성도 향상된다. 또한, 도전성 고분자와의 화학적 안정성을 고려한 재료를 선정함으로써, 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서로 만들었을 때의 성능 안정화도 도모할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 최근에는 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서의 차량 탑재 용도에서의 사용도 증가하고 있다. 자동차에 사용되는 부품은, 고온 환경 하에서 외부로부터의 진동이나 충격이 가해지는 경우가 있고, 거기에서 사용되는 콘덴서에는 가혹한 환경 하에서도 장기간에 걸쳐서 견딜 수 있는 높은 신뢰성이 요구된다. 그 때문에, 차량 탑재용 콘덴서에 사용되는 세퍼레이터는, 보다 높은 전기 특성에 더하여 보다 높은 내열성 및 내진동성이 요망된다.
지금까지, 융점, 연화 온도, 내산화성이 높은 합성 수지 섬유를 사용한 고체 전해 콘덴서용 세퍼레이터로서, 폴리에스테르계 섬유를 사용한 세퍼레이터(특허문헌 1), 아크릴계 섬유를 사용한 세퍼레이터(특허문헌 2), 폴리아미드계 섬유를 사용한 세퍼레이터(특허문헌 3 및 4) 등이 제안되어 있어 고체 전해 콘덴서의 고내열화에 기여하고 있다.
일본 특허 공개 제2009-99652 일본 특허 공개 제2006-344742 일본 특허 공개 제2004-165593 일본 특허 공개 제2002-252147
특허문헌 1에서는, PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)로 이루어지는 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서가 제안되어 있다. 이 세퍼레이터를 사용함으로써, 더 한층의 고용량화, 저ESR 화, 고내전압화를 도모함과 함께, 저비용화도 실현하는 것이 가능하게 되었다. 그러나, 특허문헌 1과 같은 합성 단섬유만으로 이루어지는 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서에서는, 치밀성이 부족하고, 최근 요망되는 요구에 대하여 쇼트 불량률의 저감을 만족할 수 없다는 과제가 있었다.
특허문헌 2에서는, 피브릴화 아크릴 섬유를 함유시킨 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서가 제안되어 있다. 이 세퍼레이터를 사용함으로써 쇼트 불량률을 개선함과 함께, 고온 하에서 고내전압화가 가능해지고, 동일 사이즈라도 용량을 업해서 ESR을 개선한 전해 콘덴서를 제공하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 2와 같은 피브릴화 섬유를 함유시킨 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서에서는, 세퍼레이터의 치밀성이 너무 높아져 최근 요망되는 요구에 대하여 초기 ESR의 저감을 만족할 수 없다는 과제가 있었다.
특허문헌 3에서는, 반방향족 폴리아미드 수지로 이루어지는 섬유를 함유시킨 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서가 제안되어 있다. 이 세퍼레이터를 사용함으로써 전해질의 홀딩성, 땜납 리플로우 후의 고주파 영역에서의 ESR 특성을 충족시킬 수 있는 고체 전해 콘덴서를 제공하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 3과 같은 함침성이 좋은 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서에서도, 더 한층의 초기 ESR의 저감과 쇼트 불량률의 저감이 요망되고 있고, 세퍼레이터에는 더 한층의 함침성의 향상과 치밀성의 향상의 양립이 요망되고 있다.
특허문헌 4에서는, 아라미드 섬유를 주성분으로 하는 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서가 제안되어 있다. 이 세퍼레이터를 사용함으로써 권회형의 콘덴서 소자에 전해질을 함침하기 전에 약 150℃ 내지 약 300℃의 열처리를 실시해도, 콘덴서 소자의 세퍼레이터가 저밀도화되지 않고, 콘덴서 소자의 권취 어긋남이 억제됨과 함께, 양극 리드선과 음극 리드선과의 간격 변동이 억제되는 전해 콘덴서를 제공하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 4와 같은 아라미드 섬유를 주성분으로 하는 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서에서도, 치밀성이 부족하고, 최근 요망되는 요구에 대하여 쇼트 불량률의 저감이 요망되고 있다.
이와 같이, 종래의 세퍼레이터는, 최근 요망되는, 더 한층의 ESR의 저감 및 쇼트 불량률의 저감 요구에 부응할 수 없다는 문제가 있었다.
또한, 최근, 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서의 적용 범위 확대에 수반하여, 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서에는, 한층의 신뢰성 향상이 요망되고 있다.
예를 들어 상술한 바와 같이, 자동차에 사용되는 고체 전해 콘덴서에서는, 엔진 룸 주변 등의 가혹한 고온 환경 하에서, 주행이나 엔진의 구동 등에 의한 진동에 견디고 불량이 없는 것이 요망된다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서에 사용함으로써 초기 ESR 및 쇼트 불량률의 저감, 그리고, 가혹한 환경 하에서 장기간의 사용에 견딜 수 있는 신뢰성을 향상시킬 수 있는 세퍼레이터 및 그 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하고, 상기 목적을 달성하기 위한 한 수단으로서 예를 들어 이하의 구성을 구비한다.
즉, 한 쌍의 전극 사이에 개재하는 알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터로서, 합성 수지 섬유를 함유하고, 공극률이 65 내지 85%, 평균 구멍 직경이 0.5 내지 25.0㎛, 클락 강도가 1 내지 10㎤/100인 것을 특징으로 한다.
그리고 예를 들어 상기 합성 수지 섬유는 폴리아미드 섬유인 것을 특징으로 한다.
또한 예를 들어 상기 합성 수지 섬유는 피브릴화 섬유인 것을 특징으로 한다.
세퍼레이터로서, 상기의 세퍼레이터를 사용한 것을 특징으로 하는 알루미늄 전해 콘덴서.
그리고 예를 들어
상기 알루미늄 전해 콘덴서는, 음극 재료에 도전성 고분자를 사용한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기한 과제를 해결하는 구성을 구비함으로써, 적당한 유연함을 가진 세퍼레이터가 얻어진다. 이 세퍼레이터를 사용함으로써 콘덴서의 신뢰성 향상에도 기여할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
본원 발명자들은, 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서를 내열성 및 내진동성이 요구되는 용도를 가정하여 시험하고 있었을 때, 특허문헌 1 내지 5와 같은 종래의 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서에서는, 시험 후에 저항이 증대하는 리스크가 있다는 것이 밝혀졌다.
저항이 증대한 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서를 조사했더니, 콘덴서 소자 내의 도전성 고분자가 붕락하고, 도전성 고분자층의 연속성이 결핍한 것이 원인이라는 것이 판명되었다. 이것은, 고체인 도전성 고분자층이 진동으로 흔들려 파손된 것이 원인이라고 생각된다.
이상의 결과를 근거로 하여 본 발명의 실시 형태에서는, 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서의 도전성 고분자층의 연속성에 주목하여 세퍼레이터의 굴곡 강성을 제어하였다.
이 결과, 적당한 유연함을 가진 세퍼레이터가 얻어지고, 당해 세퍼레이터를 사용한 알루미늄 전해 콘덴서에 의하면, 고온이나 진동에 대한 신뢰성을 향상한 알루미늄 전해 콘덴서를 제공할 수 있다.
실제의 제조 공정에서, 권취 시에 일정한 텐션을 가하여 권회하는 콘덴서의 소자 권회는, 세퍼레이터와 전극박을 권회한 후에, 테이프로 고정하여 제작된다. 이 때문에, 콘덴서 소자를 구성하고 있는 세퍼레이터나 전극박에는 항상 일정한 텐션이 걸린 상태이므로, 콘덴서 소자에는 소자 권회의 내측으로부터 외측을 향하여 반발하는 힘이 항상 가해지고 있는 것이 된다.
본 발명자들이 예의 검토한 결과, 자동차 전장용 부품이 노출되는 것과 같은 고온 및 고진동 환경 하에서, 고온 환경 하에서는 세퍼레이터를 구성하는 재료에 수축이나 취화 등의 변화가 발생하는 경우나, 고진동 환경 하에서는 권회 상태에 어긋남 등의 변화가 발생하는 경우가 있다. 여기에 소자 권회의 내측으로부터 외측을 향하여 반발하는 힘이 가해짐으로써 세퍼레이터 내부, 또는 세퍼레이터와 박과의 계면에 있어서, 형성한 도전성 고분자층이 파손되어, 그 연속성이 저하되는 것을 발견하였다. 따라서, 이 점을 해결함으로써, 형성한 도전성 고분자층의 파손을 방지하고, 그 연속성의 저하를 방지할 수 있다는 것을 발견하였다.
도전성 고분자를 홀딩한 세퍼레이터가, 세퍼레이터를 구성하는 재료의 수축이나 취화 등의 변화나 권회 상태에 어긋남 등의 변화가 발생했을 때에도, 소자의 내측으로부터 외측을 향하여 반발하는 힘을 풀어주는 완충재와 같이 작용하면, 세퍼레이터 내부 또는 세퍼레이터와 박과의 계면에 형성된 도전성 고분자가 붕락되지 않고, 콘덴서의 ESR 특성에 기여하는 도전성 고분자층의 연속성을 유지할 수 있다는 것을 발견하였다. 이것을 위해서는, 세퍼레이터에는 적당한 유연함이 필요하고, 세퍼레이터의 탄성률, 즉 굴곡 강성이 중요하다는 것을 발견하였다.
굴곡 강성을 최적으로 제어함으로써, 적당한 유연함을 가진 세퍼레이터를 얻을 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 실시 형태에서는, 세퍼레이터의 공극률을 65 내지 85%, 평균 구멍 직경을 0.5 내지 25.0㎛로 제어함으로써, 세퍼레이터의 내부 구조가 과도하게 치밀, 또는 성기게 되는 일이 없다.
도전성 고분자의 중합액 및 분산액은, 세퍼레이터의 섬유 구조를 개재해서 함침되고, 중합·건조함으로써, 섬유 표면에 도전성 고분자층이 형성된다. 세퍼레이터의 공극률 및 평균 구멍 직경을 상기 범위로 함으로써, 세퍼레이터 내부의 섬유끼리의 간극을 적절하게 유지하고, 전자 전도 경로가 되는 도전성 고분자층을 연속적으로 형성할 수 있다. 따라서, 알루미늄 전해 콘덴서의 초기 ESR의 저감 및 쇼트 불량률의 저감에 기여할 수 있는 세퍼레이터로 만들 수 있다.
또한, 전자 전도 경로를 연속적으로 형성시킨다는 것은, 저ESR화에 기여하지 않는 불연속인 도전성 고분자를 감소시키게 된다. 즉, 보다 소량의 도전성 고분자 홀딩량으로도 목적으로 하는 초기 ESR 특성을 충족시키기 쉬워지기 때문에, 콘덴서 제조 시의 공정 수 삭감이나 부재 사용량 삭감에도 기여할 수 있는 가능성이 있다.
공극률, 평균 구멍 직경, 클락 강도를 소정의 범위로 함으로써, 균질한 지층 구조 또한 적당한 유연함을 갖는 본 발명의 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기의 ESR, 쇼트 불량률이 낮을 뿐만 아니라, 고온, 고진동과 같은, 최근 요구되는 가혹한 사용 환경이더라도, 특성의 열화를 억제할 수 있어, 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서의 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.
또한, 상기한 세퍼레이터에, 폴리아미드 섬유를 함유함으로써, 세퍼레이터의 내열성을 더욱 높일 수 있고, 이 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 세퍼레이터는, 한 쌍의 전극 사이에 개재하는 알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터로서, 그 세퍼레이터의 공극률을 65 내지 85%, 평균 구멍 직경을 0.5 내지 25.0㎛, 클락 강도를 1 내지 10㎤/100으로 제어함으로써 특히 양호한 결과가 얻어진다.
본 발명의 실시 형태에서는, 세퍼레이터의 강성을, 클락 강도를 사용하여 측정하고 있다. 클락 강도는, 시험편의 강도(강성)가 시험편의 자중에 밀리지 않고 뒤로 젖히는 힘을 재는 것이다.
세퍼레이터의 클락 강도가 10㎤/100을 초과할 정도로 높으면, 세퍼레이터는 굽힘에 대하여 강직한 것을 의미하고, 권회 상태에서 내측으로부터 외측을 향하여 반발하는 힘이 너무 강해서 완충재의 역할을 하지 못해 고온이나 고진동 환경 하에서 도전성 고분자가 붕락하고, 도전성 고분자층의 연속성이 저하된다.
한편, 세퍼레이터의 클락 강도가 1㎤/100 미만이면, 상세한 것은 알 수 없지만, 긴장 상태인 소자 권회가 풀어지기 쉬워져, 상술한 것과 마찬가지로 완충재의 역할을 하지 못해 고온이나 고진동 환경 하에서 도전성 고분자가 붕락하고, 도전성 고분자층의 연속성이 저하된다.
콘덴서의 소자 권회 내부에서는, 세퍼레이터나 전극박에는, 사용되는 소재 그 자체에 따라 강약의 차이는 있다고 해도, 항상 내측으로부터 외측을 향하여 반발하는 힘이 가해지고 있다. 이 때문에, 외력에 의한 변형의 정도를 나타내는 강도나 강성의 지표가 아니라, 시험편 자체가 갖는 힘을 측정하는 클락 강도를 채용함으로써, 우수한 세퍼레이터를 제공할 수 있다.
또한, 세퍼레이터의 공극률은, 65 내지 85%의 범위이며, 70 내지 80%의 범위가 보다 바람직하다.
공극률이 65% 미만이면, 섬유끼리의 간극이 과도하게 치밀해지고, 도전성 고분자의 중합액이나 분산액의 함침성이 악화되어, 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서로 만들었을 때의 ESR을 저감할 수 없다. 또한, 세퍼레이터의 겉보기 밀도가 올라가게 되고, 클락 강도가 높아지는 경향이 있다.
공극률이 85%를 초과하면, 도전성 고분자의 중합액이나 분산액은 충분히 함침할 수 있지만, 도전성 고분자층이 충분히 형성되어 있으면, 저항은 일정 이상으로 낮아지지 않기 때문에, 과잉되게 도전성 고분자의 중합액이나 분산액을 함침시킬 필요는 없다. 또한, 도전성 고분자의 중합액이나 분산액을 과잉되게 함침시키는 것은, 부재 사용량의 증가로 연결되어 콘덴서의 비용이 상승한다. 또한, 공극률이 너무 높으면, 섬유끼리의 간극이 과잉되게 넓고, 함침 시에 모세관 현상이 작용하기 어려워져, 콘덴서 제작 시의 생산성이 저하된다. 그리고 또한, 치밀성이 낮기 때문에, 전극박의 버 등이 세퍼레이터를 관통하기 쉬워져, 쇼트 불량률이 높아지는 경우가 있다.
그리고, 세퍼레이터의 평균 구멍 직경을 0.5 내지 25.0㎛의 범위로 함으로써, 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서로 만들 때의 도전성 고분자층의 연속성을 담보할 수 있다.
평균 구멍 직경이 0.5㎛ 미만이면, 세퍼레이터가 과도하게 치밀하기 때문에, 도전성 고분자의 기를 함침시키기 어렵고, 도전성 고분자의 연속성을 담보하기 어려워져, 초기 ESR을 충분히 저감할 수 없다. 또한, 평균 구멍 직경이 25.0㎛을 초과하면, 세퍼레이터의 치밀성이 부족하고, 전극박의 버 등이 세퍼레이터를 관통하기 쉬워지기 때문에 쇼트 불량을 저감할 수 없다.
세퍼레이터를 구성하는 섬유종은, 화학적 안정성, 물리적 안정성, 취급 용이성 등으로부터, 합성 수지 섬유를 함유하고 있는 것이 바람직하다. 합성 수지 섬유중에서도, 고내열성의 요구를 고려하면, 폴리아미드 섬유, 그 중에서도, 아라미드 섬유가 바람직하다. 또한, 내쇼트성의 요구를 고려하면, 사용하는 섬유는 피브릴화 섬유인 것이 바람직하고, 세퍼레이터의 공극률, 평균 구멍 직경, 클락 강도를 만족할 수 있으면, 합성 수지 섬유의 바인더 효과의 유무는 특별히 한정은 없다.
또한, 사용하는 피브릴화 섬유의 섬유 길이는, 세퍼레이터의 공극률, 평균 구멍 직경, 클락 강도를 고려하여 임의의 섬유 길이로 할 수 있는데, 길이 가중 평균 섬유 길이가 0.3 내지 1.0mm의 범위이며, 또한 0.1 내지 1.2mm의 섬유의 함유 비율이 80% 이상인 섬유가 30질량% 이상 함유되어 있으면, 세퍼레이터의 공극률, 평균 구멍 직경, 클락 강도를 바람직한 범위로 하기 쉽다. 상기 범위의 피브릴화 섬유를 사용한 세퍼레이터는, 세퍼레이터를 과도하게 치밀화시키지 않고, 내쇼트성을 향상시킬 수 있다.
그리고 또한, 세퍼레이터의 형성 시의 필요성이나, 취급 시의 기계 강도를 고려하여, 예를 들어 폴리비닐알코올 섬유와 같은 습열 융착 수지나 폴리아크릴아미드와 같은 지력 증강제를 바인더 재료로서 사용할 수 있다. 목적으로 하는 세퍼레이터의 공극률, 평균 구멍 직경, 클락 강도를 만족할 수 있으면 바인더 재료의 함유량에 특별히 한정은 없지만, 30질량% 정도까지라면, 도전성 고분자의 중합액이나 분산액의 함침성에 영향을 주기 어렵다.
시트상인 것은, 일반적으로, 두께가 두꺼워질수록 굴곡 강성이 높고, 얇아질수록 강성이 낮아지는 경향이 있다. 이 때문에, 본 발명의 실시 형태에 따른 세퍼레이터의 두께는, 20 내지 70㎛의 범위가 바람직하다. 그러나, 목적으로 하는 클락 강도가 얻어지는 범위라면 임의의 두께를 설정해도 문제없다.
본 발명의 실시 형태에서는, 세퍼레이터의 밀도는, 세퍼레이터 공극률, 평균 구멍 직경, 클락 강도를 고려하여 임의의 밀도로 할 수 있다. 일반적으로는, 0.20 내지 0.50g/㎤ 정도의 밀도라면, 세퍼레이터의 공극률, 평균 구멍 직경, 클락 강도를 바람직한 범위로 하기 쉽다.
본 발명의 실시 형태예에서, 세퍼레이터는 초지법을 사용하여 형성한 습식 부직포를 채용하였다. 세퍼레이터의 초지 형식은, 공극률이나 평균 구멍 직경, 클락 강도를 충족할 수 있으면 특별히 한정은 없고, 장망 초지나 단망 초지, 원망 초지와 같은 초지 형식을 사용할 수 있다. 또한 이러한 초지법에 의해 형성된 층을 복수 맞춘 것이어도 좋다. 또한, 초지 시에는, 콘덴서용 세퍼레이터에 영향을 주지 않을 정도의 불순물 함유량이라면, 분산제나 소포제, 지력 증강제 등의 첨가제를 첨가해도 좋고, 지층 형성 후에 지력 증강 가공, 친액 가공, 캘린더 가공, 엠보스 가공 등의 후속 가공을 실시해도 좋다.
단, 초지법에 의한 습식 부직포로 한정하는 것이 아니고, 제막법에서 사용되는 것과 같은, 섬유 분산액을 캐스팅에 의해 제막하는 등의 방법으로도 문제는 없다.
그리고, 본 실시 형태의 알루미늄 전해 콘덴서는, 세퍼레이터로서 상기 구성의 세퍼레이터를 사용하여, 한 쌍의 전극 사이에 세퍼레이터를 개재시켜, 음극 재료로서 도전성 고분자를 사용하였다.
이상의 구성을 채용한 본 발명의 실시 형태에 따른 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서는, 도전성 고분자를 충분히 함침할 수 있고, 도전성 고분자층의 연속성도 높으며, 또한 고온이나 고진동 환경 하이더라도, 도전성 고분자층의 연속성을 유지할 수 있다. 즉, 초기 특성이 양호할 뿐만 아니라, 가혹한 환경 하에서의 사용이더라도 특성을 유지할 수 있는, 신뢰성이 높은 콘덴서가 된다.
[세퍼레이터의 특성 측정 방법]
본 실시 형태에 따른 세퍼레이터의 각 특성의 구체적인 측정은, 이하의 조건 및 방법으로 행하였다.
[두께]
“JIS C 2300-2 '전기용 셀룰로오스지-제2부:시험 방법' 5.1 두께”에 규정된, “5.1.1 측정기 및 측정 방법 a 외측 마이크로미터를 사용하는 경우” 의 마이크로미터를 사용하여, “5.1.3 종이를 포개어 두께를 측정하는 경우”의 10장으로 포개는 방법으로 세퍼레이터의 두께를 측정하였다.
[밀도]
“JIS C 2300-2 '전기용 셀룰로오스지-제2부:시험 방법' 7.0A 밀도”의 B법에 규정된 방법으로 절건 상태의 세퍼레이터 밀도를 측정하였다.
[공극률]
이하의 식 1에 의해, 세퍼레이터의 공극률을 구하였다.
(세퍼레이터의 진비중- 세퍼레이터 밀도)/세퍼레이터의 진비중×100(%) (식 1)
예를 들어 밀도 0.4g/㎤의 셀룰로오스만으로 이루어지는 세퍼레이터의 공극률은 이하와 같이 하여 구하였다.
실시 형태예에서는, 셀룰로오스의 진비중을 1.5로 하고 상기의 식 1에 적용시켜,
(1.5-0.4)/1.5×100=73.3(%)가 된다.
또한 예를 들어 비중 1.2의 합성 수지 섬유를 30질량%, 비중 1.5의 셀룰로오스 섬유를 70질량% 함유하는 밀도 0.45g/㎤의 세퍼레이터에서는, 세퍼레이터의 비중은 1.5×0.7+1.2×0.3=1.41이 된다. 그리고 상기 식 1에 적용시켜, 공극률은 (1.41-0.45)/1.41×100=68.1(%)가 된다.
[평균 구멍 직경]
CFP-1200-AEXL-ESA(Porous Materials, Inc.사제)를 사용하여 버블 포인트법(ASTM F316-86, JIS K3832)에 의해 측정되는 구멍 직경 분포로부터, 세퍼레이터의 평균 구멍 직경(㎛)을 구하였다. 또한, 시험액으로서 GALWICK(Porous Materials, Inc.사제)를 사용하였다.
[클락 강도]
“JIS P 8143 '종이-강도 시험 방법-클락 강도 시험 방법'”에 규정된 방법으로 세퍼레이터의 클락 강도를 측정하였다. 시험편은, 세퍼레이터가 제조되는 방향(MD)을 긴 변으로 하고, 길이 250mm, 폭 30mm로 하였다.
[길이 가중 평균 섬유 길이·0.1 내지 1.2mm의 섬유의 함유 비율]
길이 가중 평균 섬유 길이 및 0.1 내지 1.2mm의 섬유의 함유 비율은, “JIS P 8226-2 '펄프-광학적 자동 분석법에 의한 섬유 길이 측정 방법 제2부: 비편광법」(ISO16065-2 "Pulps-Determination of Fiber length by automated optical analysis-Part2: Unpolarized light method')”에 기재된 장치, 여기에서는 kajaaniFiberLab(멧소 오토메이션 가부시키가이샤 제조)을 사용하여 길이 하중 평균 섬유 길이를 측정하고, 다시 0.05 내지 7.6mm의 범위에서의 길이 가중 평균 섬유 길이 분포로부터 0.1 내지 1.2mm의 섬유의 함유 비율을 산출하였다.
[고체 전해 콘덴서의 제작 공정]
이하에 나타내는 각 실시예, 비교예, 종래예의 세퍼레이터를 사용하여 정격 전압 35V, 정전 용량 100㎌, 직경 10.0mm×높이 10.0mm와, 정격 전압 80V, 정전 용량 47㎌, 직경 10.0mm×높이 10.0mm의 2종류의 고체 전해 콘덴서를 제작하였다.
구체적인 제작 방법은, 이하와 같다.
에칭 처리 및 산화 피막 형성 처리를 행한 양극박과 음극박이 접촉하지 않도록 세퍼레이터를 개재시켜 권회하고, 테이프로 고정하여 콘덴서 소자를 제작하였다. 제작한 콘덴서 소자는, 재화성 처리 후, 건조하였다.
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서의 경우에는, 콘덴서 소자에 도전성 고분자 중합액을 함침 후, 가열·중합시키고, 용매를 건조시켜 도전성 고분자를 형성하였다. 정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서의 경우에는, 콘덴서 소자에 도전성 고분자 분산액을 함침 후, 가열·건조시켜 도전성 고분자를 형성하였다.
이어서, 소정의 케이스에 콘덴서 소자를 넣고, 개구부를 밀봉 후, 에이징을 행하여 각각의 고체 전해 콘덴서를 얻었다.
[하이브리드 전해 콘덴서의 제작 공정]
각 실시예, 비교예, 종래예의 세퍼레이터를 사용하여 정격 전압 35V, 정전 용량 270㎌, 직경 10.0mm×높이 10.5mm와, 정격 전압 125V, 정전 용량 10㎌, 직경 10.0mm×높이 10.5mm의 2종류의 하이브리드 전해 콘덴서를 제작하였다.
구체적인 제작 방법은, 이하와 같다.
에칭 처리 및 산화 피막 형성 처리를 행한 양극박과 음극박이 접촉하지 않도록 세퍼레이터를 개재시켜 권회하고, 테이프로 고정하여 콘덴서 소자를 제작하였다. 제작한 콘덴서 소자는, 재화성 처리 후, 건조하였다.
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서의 경우에는, 콘덴서 소자에 도전성 고분자 중합액을 함침 후, 가열·중합시키고, 용매를 건조시켜 도전성 고분자를 형성하였다. 정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서의 경우에는, 콘덴서 소자에 도전성 고분자 분산액을 함침 후, 가열·건조시켜 도전성 고분자를 형성하였다.
계속해서, 상기 콘덴서 소자에 구동용 전해액을 함침시켜, 소정의 케이스에 콘덴서 소자를 넣고, 개구부를 밀봉 후, 에이징을 행하여 각각의 하이브리드 전해 콘덴서를 얻었다.
[알루미늄 전해 콘덴서의 평가 방법]
본 실시 형태의 알루미늄 전해 콘덴서의 구체적인 성능 평가는, 이하의 조건 및 방법으로 행하였다.
[초기 ESR]
제작한 콘덴서 소자의 ESR은, 온도 20℃, 주파수 100kHz의 조건에서 LCR 미터를 사용하여 측정하였다.
[쇼트 불량률]
쇼트 불량률은, 권회한 콘덴서 소자를 사용하여, 에이징 중에 발생한 쇼트 불량수를 계수하고, 쇼트 불량이 된 소자 수를, 에이징을 실시한 콘덴서 소자 수로 나누고, 백분율로서 쇼트 불량률로 하였다.
[고온 부하 시험 후의 ESR 상승률]
고온 부하 시험 후 ESR은, 150℃, 500시간 가열 처리한 후에, 온도 20℃, 주파수 100kHz의 조건에서 LCR 미터를 사용하여 측정하였다.
이 고온 부하 시험 후 ESR을, 고온 부하 시험 전의 ESR로 나누고, 고온 부하 시험 후의 ESR 상승률을 산출하였다.
[진동 시험 후의 ESR 상승률]
“JIS C 60068-2-6 4.17 '환경시험 방법-전기·전자-2-6부:사인파 진동 시험 방법(시험 기호:Fc)'”을 참고로, 진동 시험 후 ESR은, 주파수 10 내지 2000Hz, 전체 진폭 1.5mm, 진동 방향은 서로 직각인 3방향으로 각 2시간, 합계 6시간의 진동 시험을 실시한 후에, 온도 20℃, 주파수 100kHz의 조건에서 LCR 미터를 사용하여 측정하였다.
이 진동 시험 후 ESR을, 진동 시험 전의 ESR로 나누고, 진동 시험 후의 ESR 상승률을 산출하였다.
[실시예]
이하, 본 발명에 따른 실시 형태에서의 세퍼레이터의 구체적인 실시예 등에 대해서 설명한다.
[실시예 1]
피브릴화 아라미드 섬유 60질량%와, 피브릴화 폴리아릴레이트 섬유 25질량%와, 폴리비닐알코올 15질량%를 혼합한 원료를 사용하고 원망 초지하여 실시예 1의 세퍼레이터를 얻었다.
완성한 실시예 1의 세퍼레이터 두께는 60㎛, 밀도는 0.200g/㎤, 공극률은 85.0%, 평균 구멍 직경은 12.0㎛, 클락 강도는 2.0㎤/100이었다.
[실시예 2]
피브릴화 아라미드 섬유 70질량%와, 피브릴화 폴리아미드이미드 섬유 20질량%와, 폴리아크릴아미드 10질량%를 혼합한 원료를 사용하고 원망 초지하여 실시예 2의 세퍼레이터를 얻었다.
완성한 실시예 2의 세퍼레이터 두께는 40㎛, 밀도는 0.484g/㎤, 공극률은 65.0%, 평균 구멍 직경은 10.0㎛, 클락 강도는 8.0㎤/100이었다.
[실시예 3]
피브릴화 아라미드 섬유 40질량%와, 피브릴화 폴리파라페닐렌벤즈옥사졸 섬유 35질량%와, 폴리비닐알코올 25질량%를 혼합한 원료를 사용하고 원망 초지하여 실시예 3의 세퍼레이터를 얻었다.
완성한 실시예 3의 세퍼레이터 두께는 35㎝, 밀도는 0.284g/㎤, 공극률은 80.0%, 평균 구멍 직경은 17.0㎛, 클락 강도는 4.0㎤/100이었다.
[실시예 4]
피브릴화 아라미드 섬유 100질량%의 원료를 사용하고 원망 초지하여 실시예 4의 세퍼레이터를 얻었다.
완성한 실시예 4의 세퍼레이터 두께는 30㎛, 밀도는 0.420g/㎤, 공극률은 70.0%, 평균 구멍 직경은 8.0㎛, 클락 강도는 7.5㎤/100이었다.
[실시예 5]
피브릴화 아라미드 섬유 40질량%와, 피브릴화 아크릴 섬유 60질량%를 혼합한 원료를 사용하고 원망 초지하여 실시예 5의 세퍼레이터를 얻었다.
완성한 실시예 5의 세퍼레이터 두께는 50㎛, 밀도는 0.215g/㎤, 공극률은 83.0%, 평균 구멍 직경은 25.0㎛, 클락 강도는 9.0㎤/100이었다.
[실시예 6]
피브릴화 아라미드 섬유 85질량%와, 폴리아크릴아미드 15질량%를 혼합한 원료를 사용하고 원망 초지하여 실시예 6의 세퍼레이터를 얻었다.
완성한 실시예 6의 세퍼레이터 두께는 45㎛, 밀도는 0.405g/㎤, 공극률은 70.4%, 평균 구멍 직경은 0.5㎛, 클락 강도는 5.0㎤/100이었다.
[실시예 7]
피브릴화 아라미드 섬유 40질량%와, 피브릴화 아크릴 섬유 40질량%와, 폴리비닐알코올 20질량%를 혼합한 원료를 사용하고 원망 초지하여 실시예 7의 세퍼레이터를 얻었다.
완성한 실시예 7의 세퍼레이터 두께는 70㎛, 밀도는 0.378g/㎤, 공극률은 70.6%, 평균 구멍 직경은 20.0㎛, 클락 강도는 10.0㎤/100이었다.
[실시예 8]
피브릴화 아라미드 섬유 50질량%와, 피브릴화 셀룰로오스 섬유 45질량%와, 폴리비닐알코올 5질량%를 혼합한 원료를 사용하고 원망 초지하여 실시예 8의 세퍼레이터를 얻었다.
완성한 실시예 8의 세퍼레이터 두께는 20㎛, 밀도는 0.269g/㎤, 공극률은 81.3%, 평균 구멍 직경은 12.0㎛, 클락 강도는 1.0㎤/100이었다.
[실시예 9]
피브릴화 아라미드 섬유 30질량%와, 피브릴화 셀룰로오스 섬유 70질량%를 혼합한 원료를 사용하고 원망 초지하여 실시예 9의 세퍼레이터를 얻었다.
완성한 실시예 9의 세퍼레이터 두께는 40㎛, 밀도는 0.354g/㎤, 공극률은 75.9%, 평균 구멍 직경은 5.0㎛, 클락 강도는 7.0㎤/100이었다.
[실시예 10]
피브릴화 아라미드 섬유 70질량%와, 폴리비닐알코올 30질량%를 혼합한 원료를 사용하고 원망 초지하여 실시예 10의 세퍼레이터를 얻었다.
완성한 실시예 10의 세퍼레이터 두께는 30㎛, 밀도는 0.304g/㎤, 공극률은 77.6%, 평균 구멍 직경은 2.0㎛, 클락 강도는 1.5㎤/100이었다.
[참고예]
피브릴화 아라미드 섬유 65질량%와, 폴리비닐알코올 35질량%를 혼합한 원료를 사용하고 원망 초지하여 참고예의 세퍼레이터를 얻었다.
완성한 참고예의 세퍼레이터 두께는 30㎛, 밀도는 0.325g/㎤, 공극률은 75.9%, 평균 구멍 직경은 1.8㎛, 클락 강도는 2.0㎤/100이었다.
[비교예 1]
피브릴화 아라미드 섬유 50질량%와, 피브릴화 셀룰로오스 섬유 45질량%와, 폴리비닐알코올 5질량%를 혼합한 원료를 사용하고 원망 초지하여 비교예 1의 세퍼레이터를 얻었다.
완성한 비교예 1의 세퍼레이터 두께는 50㎛, 밀도는 0.246g/㎤, 공극률은 82.9%, 평균 구멍 직경은 30.0㎛, 클락 강도는 5.0㎤/100이었다.
[비교예 2]
피브릴화 아라미드 섬유 85질량%와, 폴리아크릴아미드 15질량%를 혼합한 원료를 사용하고 원망 초지하여 비교예 2의 세퍼레이터를 얻었다.
완성한 비교예 2의 세퍼레이터 두께는 15㎛, 밀도는 0.303g/㎤, 공극률은 78.0%, 평균 구멍 직경은 0.1㎛, 클락 강도는 0.5㎤/100이었다.
[비교예 3]
피브릴화 아라미드 섬유 20질량%와, 피브릴화 셀룰로오스 섬유 80질량%를 혼합한 원료를 사용하고 원망 초지하여 비교예 3의 세퍼레이터를 얻었다.
완성한 비교예 3의 세퍼레이터 두께는 75㎛, 밀도는 0.421g/㎤, 공극률은 71.6%, 평균 구멍 직경은 22.0㎛, 클락 강도는 15.0㎤/100이었다.
[종래예 1]
특허문헌 1의 실시예 1에 기재된 방법과 동일한 방법으로 제조한 세퍼레이터를 제작하여, 종래예 1의 세퍼레이터로 하였다.
종래예 1의 세퍼레이터는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 100질량%로 이루어지고, 두께는 40㎛, 밀도는 0.450g/㎤, 공극률은 67.4%, 평균 구멍 직경은 27.0㎛, 클락 강도는 0.8㎤/100이었다.
[종래예 2]
특허문헌 2의 실시예 1에 기재된 방법과 동일한 방법으로 제조한 세퍼레이터를 제작하여, 종래예 2의 세퍼레이터로 하였다.
종래예 2의 세퍼레이터는 피브릴화 아크릴 섬유 90질량%와, 호모아크릴 섬유 10질량%를 함유하고, 두께는 40㎛, 밀도는 0.550g/㎤, 공극률은 53.4%, 평균 구멍 직경은 3.0㎛, 클락 강도는 11.0㎤/100이었다.
[종래예 3]
특허문헌 3의 실시예 1에 기재된 방법과 동일한 방법으로 제조한 세퍼레이터를 제작하여, 종래예 3의 세퍼레이터로 하였다.
종래예 3의 세퍼레이터는 나일론 9MT 섬유 70질량%와, 폴리비닐알코올 30질량%를 함유하고, 두께는 40㎛, 밀도는 0.273g/㎤, 공극률은 79.7%, 평균 구멍 직경은 26.0㎛, 클락 강도는 13.0㎤/100이었다.
[종래예 4]
특허문헌 4의 실시예 1에 기재된 방법과 동일한 방법으로 제조한 세퍼레이터를 제작하여, 종래예 4의 세퍼레이터로 하였다.
종래예 4의 세퍼레이터는 아라미드 섬유 100질량%로 이루어지고, 두께는 40㎛, 밀도는 0.180g/㎤, 공극률은 87.1%, 평균 구멍 직경은 18.0㎛, 클락 강도는 14.0㎤/100이었다.
이상에서 기재한 실시예 1 내지 10, 참고예, 비교예 1 내지 3, 종래예 1 내지 4의 각 세퍼레이터의 원재료와 배합에 대하여 표 1에 나타내고, 각 세퍼레이터 단체의 평가 결과를 표 2에 나타냈다.
표 1은 이상에서 설명한 실시예 1 내지 10, 참고예, 비교예 1 내지 3, 종래예 1 내지 4의 각 세퍼레이터의 원재료와 배합예이다.
Figure pct00001
표 2는 이상의 설명한 실시예 1 내지 10, 참고예, 비교예 1 내지 3, 종래예 1 내지 4의 각 세퍼레이터의 평가 결과를 나타내는 표이다.
Figure pct00002
각 실시예, 참고예, 각 비교예, 각 종래예의 세퍼레이터를 사용하여 제작한 알루미늄 전해 콘덴서는, 저전압용의 정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서와, 고전압용의 정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서를 제작하였다.
또한, 하이브리드 전해 콘덴서로서 저전압용의 정격 전압 35V의 콘덴서와, 고전압용의 정격 전압 125V의 콘덴서를 제작하였다.
또한, 상기 각 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서의 성능 평가 결과를 표 3에 나타내고, 상기 각 세퍼레이터를 사용한 하이브리드 전해 콘덴서의 성능 평가 결과를 표 4에 나타냈다.
표 3은 실시예 1 내지 10, 참고예, 비교예 1 내지 3, 종래예 1 내지 4의 각 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서의 성능 평가 결과를 나타내는 표이다.
Figure pct00003
표 4는 실시예 1 내지 10, 참고예, 비교예 1 내지 3, 종래예 1 내지 4의 각 세퍼레이터를 사용한 하이브리드 전해 콘덴서의 성능 평가 결과를 나타내는 표이다.
Figure pct00004
이하, 각 실시예, 참고예, 각 비교예, 각 종래예의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서의 평가 결과를 상세하게 설명한다.
[실시예 1의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 22mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.3%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.7%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 44mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.8%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.8%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 23mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 4.0%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.5%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 88mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 3.2%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.2%였다.
[실시예 2의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 23mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.1%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 4.4%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 45mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.1%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 3.6%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 23mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.0%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 3.1%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 87mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 3.0%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 4.3%였다.
[실시예 3의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 19mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 4.0%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.5%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 40mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.4%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.3%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 20mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.8%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.8%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 80mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 3.5%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.1%였다.
[실시예 4의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 20mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.8%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 2.0%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 39mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.6%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.2%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 20mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.6%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.4%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 79mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 2.8%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.4%였다.
[실시예 5의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 22mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.7%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 4.9%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 44mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.1%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 4.3%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 22mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.3%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 4.1%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 87mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 3.0%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 4.3%였다.
[실시예 6의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 20mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.6%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.6%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 40mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.8%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.5%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 19mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.5%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.5%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 80mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 3.1%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.6%였다.
[실시예 7의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 19mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.6%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 4.6%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 40mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.8%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 4.3%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 20mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.9%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 4.5%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 79mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 3.2%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 4.2%였다.
[실시예 8의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 22mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.3%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 3.4%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 44mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.8%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 3.8%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 22mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.8%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 3.5%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 87mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 3.9%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 4.2%였다.
[실시예 9의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 19mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.1%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.8%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 39mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.8%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 2.0%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 19mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.6%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.0%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 79mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 3.1%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.9%였다.
[실시예 10의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 19mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.5%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.5%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 39mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.0%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.6%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 19mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.4%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.5%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 79mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 2.1%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.0%였다.
[참고예의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 25mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.3%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.3%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 48mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.9%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.9%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 26mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.5%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.1%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 95mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 2.5%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.8%였다.
[비교예 1의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 23mΩ, 쇼트 불량률이 1.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.7%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.4%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 45mΩ, 쇼트 불량률이 1.2%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.7%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.5%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 23mΩ, 쇼트 불량률이 1.1%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.8%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.1%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 88mΩ, 쇼트 불량률이 1.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 2.1%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.9%였다.
[비교예 2의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 28mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.4%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 15.0%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 52mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.1%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 18.1%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 29mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.6%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 23.7%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 104mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 3.6%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 16.1%였다.
[비교예 3의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 20mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.9%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 15.7%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 40mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.1%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 16.2%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 20mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.4%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 22.4%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 80mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 3.8%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 23.9%였다.
[종래예 1의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 20mΩ, 쇼트 불량률이 1.1%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 17.0%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 15.3%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 40mΩ, 쇼트 불량률이 1.1%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 23.2%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 15.7%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 20mΩ, 쇼트 불량률이 1.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 17.2%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 20.6%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 80mΩ, 쇼트 불량률이 1.2%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 23.3%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 20.3%였다.
[종래예 2의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 28mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 15.6%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 14.5%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 53mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 19.4%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 16.2%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 28mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 23.9%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 17.4%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 105mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 20.8%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 19.3%였다.
[종래예 3의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 25mΩ, 쇼트 불량률이 0.5%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 10.3%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 14.4%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 48mΩ, 쇼트 불량률이 0.5%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 10.5%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 19.2%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 26mΩ, 쇼트 불량률이 0.5%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 10.8%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 15.2%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 96mΩ, 쇼트 불량률이 0.5%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 10.6%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 17.0%였다.
[종래예 4의 세퍼레이터를 사용한 전해 콘덴서]
<고체 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 20mΩ, 쇼트 불량률이 1.2%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.3%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 19.3%였다.
정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 40mΩ, 쇼트 불량률이 1.1%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.6%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 15.1%였다.
<하이브리드 전해 콘덴서>
정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 20mΩ, 쇼트 불량률이 1.2%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 3.4%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 20.1%였다.
정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 80mΩ, 쇼트 불량률이 1.0%, 고온 부하 시험 후 ESR 상승률이 3.7%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 15.7%였다.
표 3 및 이상으로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1 내지 10의 세퍼레이터를 사용한 정격 전압 35V의 고체 전해 콘덴서는, 초기 ESR이 19 내지 23mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.1 내지 4.0%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.5 내지 4.9%로 낮다.
상기 세퍼레이터를 사용한 정격 전압 80V의 고체 전해 콘덴서도 초기 ESR이 39 내지 45mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.0 내지 3.8%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.2 내지 4.3%로 낮다.
또한, 표 4 및 이상으로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1 내지 10의 세퍼레이터를 사용한 정격 전압 35V의 하이브리드 전해 콘덴서에서도, 초기 ESR이 19 내지 23mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.0 내지 4.0%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.0 내지 4.5%로 낮다.
상기 세퍼레이터를 사용한 정격 전압 125V의 하이브리드 전해 콘덴서도 초기 ESR이 79 내지 88mΩ, 쇼트 불량률이 0.0%, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율이 2.1 내지 3.9%, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 1.0 내지 4.3%로 낮다.
실시예 1 내지 10의 세퍼레이터 공극률은 65 내지 85%, 평균 구멍 직경은 0.5 내지 25.0㎛, 클락 강도는 1 내지 10㎤/100이었다. 이것으로부터, 세퍼레이터의 공극률, 평균 구멍 직경, 클락 강도를 상기 범위로 함으로써, 피브릴화 섬유를 사용한 치밀한 세퍼레이터이면서, 세퍼레이터의 함침성을 유지하면서, 적당한 유연함을 세퍼레이터에 부여할 수 있다.
즉, 세퍼레이터에 차폐성을 유지시킨 채, 도전성 고분자층을 연속적으로 형성시킬 수 있기 때문에, 콘덴서의 초기 ESR 특성 및 쇼트 불량률을 개선하며 또한 가혹한 사용환경이더라도 특성의 열화를 억제하는 것이 가능해진다.
참고예의 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서는, 각 실시예와 비교하여 초기 ESR이 높게 되어 있다. 이것은, 참고예의 세퍼레이터는 바인더 재료로서 폴리비닐알코올 섬유를 35질량% 함유하고 있어, 폴리비닐알코올이 세퍼레이터를 구성하는 섬유간의 간극을 매립하도록 막상화되었기 때문에, 도전성 고분자의 중합액이나 분산액의 함침을 저해하고, 도전성 고분자층의 연속성이 약간 저하된 것이 원인이라고 생각된다. 실시예 10과 참고예의 비교로부터, 습열 융착 수지나 지력 증강제 등의 바인더 재료는 30질량%까지라면, 콘덴서의 ESR을 저감할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
비교예 1의 세퍼레이터는, 평균 구멍 직경이 30.0㎛로 크다. 비교예 1의 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서는, 각 실시예와 비교하여 쇼트 불량률이 높게 되어 있다. 이것은, 비교예 1의 세퍼레이터의 평균 구멍 직경이 크고, 세퍼레이터의 치밀성이 부족했기 때문에, 전극박의 버 등이 세퍼레이터를 관통하기 쉬워져, 내쇼트성이 낮아진 것이 원인이라고 생각된다. 각 실시예와 비교예 1의 비교로부터, 세퍼레이터의 평균 구멍 직경은 25.0㎛ 이하가 바람직하다는 것을 알 수 있다.
비교예 2의 세퍼레이터는, 평균 구멍 직경이 0.1㎛이며, 클락 강도가 0.5㎤/100이다. 비교예 2의 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서는, 각 실시예와 비교하여 초기 ESR이 높고, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 높게 되어 있다.
이것은, 비교예 2의 세퍼레이터 평균 구멍 직경이 작고, 세퍼레이터가 과도하게 치밀해졌기 때문에, 도전성 고분자의 중합액이나 분산액의 함침을 저해하고, 도전성 고분자의 연속성이 저하되었기 때문에, 초기 ESR이 높아졌다고 생각된다. 또한, 클락 강도가 낮기 때문에, 긴장 상태인 소자 권회가 풀어지기 쉬워져, 세퍼레이터가 완충재로서의 역할을 다하지 못해, 진동 환경 하에서 도전성 고분자가 붕락하고, 도전성 고분자층의 연속성이 저하된 것이라고 생각된다. 비교예 2와 각 실시예와의 비교로부터, 평균 구멍 직경은 0.5㎛ 이상, 클락 강도는 1㎤/100 이상이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
비교예 3의 세퍼레이터는, 클락 강도가 15.0㎤/100이다. 비교예 3의 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서는, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 높게 되어 있다. 이것은, 비교예 2의 세퍼레이터 클락 강도가 높고, 권회 상태에서 소자 권회의 내측으로부터 외측을 향하여 반발하는 힘이 너무 강해서, 세퍼레이터가 완충재의 역할을 다하지 못해, 진동 환경 하에서 도전성 고분자가 붕락하고, 도전성 고분자의 연속성이 저하된 것이라고 생각된다. 비교예 3과 각 실시예로부터, 클락 강도는 10㎤/100 이하가 바람직하다는 것을 알 수 있다.
종래예 1의 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서의 성능과 비교하여 각 실시예는 쇼트 불량률, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 낮다. 이것은, 종래예 1의 세퍼레이터는, 평균 구멍 직경이 27.0㎛로 크고, 클락 강도가 0.8㎤/100으로 낮으며, 세퍼레이터의 치밀성의 부족과, 소자 권회의 느슨함으로부터의 도전성 고분자의 붕락이, 쇼트 불량률의 저감과 진동 시험 후의 ESR의 변화율의 저감을 달성할 수 없는 원인이라고 생각된다.
또한, 종래예 1의 세퍼레이터는, 비피브릴화 섬유인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유만으로 구성되어 있는 세퍼레이터이며, 치밀성 및 내열성이 부족한 것이, 쇼트 불량률의 저감과 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율의 저감을 달성할 수 없는 원인이라고 생각된다.
종래예 2의 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서의 성능과 비교하여 각 실시예는 초기 ESR, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율, 진동 시험 후의 ESR의 변화율이 낮다. 이것은, 종래예 2의 세퍼레이터는, 공극률이 53.4%로 낮고, 클락 강도가 11.0㎤/100으로 높기 때문에, 섬유끼리의 간극이 과도하게 치밀하여 도전성 고분자의 중합액이나 분산액의 함침성이 악화된 것과, 권회 상태에서 소자 권회의 내측으로부터 외측을 향하여 반발하는 힘이 너무 강한 것이, 초기 ESR의 저감과 진동 시험 후의 ESR의 변화율의 저감을 달성할 수 없는 원인이라고 생각할 수 있다.
또한, 종래예 2의 세퍼레이터는, 피브릴화 아크릴 섬유와 호모아크릴 섬유로 구성되어 있는 세퍼레이터이며, 내열성이 부족한 것이, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율의 저감을 달성할 수 없는 원인이라고 생각된다.
종래예 3의 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서의 성능과 비교하여 각 실시예는 초기 ESR, 쇼트 불량률, 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율, 진동 시험 후의 ESR의 변화율 모두가 낮다. 이것은, 종래예 3의 세퍼레이터는, 평균 구멍 직경이 26.0㎛로 크고, 클락 강도가 13.0㎤/100으로 높기 때문에, 세퍼레이터의 치밀성이 부족한 것과, 권회 상태에서 소자 권회의 내측으로부터 외측을 향하여 반발하는 힘이 너무 강한 것이, 쇼트 불량률의 저감과 진동 시험 후의 ESR의 변화율의 저감을 달성할 수 없는 원인이라고 생각된다.
또한, 종래예 3의 세퍼레이터는, 비피브릴화 섬유인 나일론 9MT 섬유를 함유하고 있기 때문에, 함침성, 치밀성 및 내열성이 부족한 것이, 초기 ESR의 저감, 쇼트 불량률의 저감 및 고온 부하 시험 후의 ESR의 변화율의 저감을 달성할 수 없는 원인이라고 생각된다.
종래예 4의 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서의 성능과 비교하여 각 실시예는 쇼트 불량률, 진동 시험 후의 ESR의 변화율 모두가 낮다. 이것은, 종래예 4의 세퍼레이터는, 공극률이 87.1%로 높고, 클락 강도가 14.0㎤/100으로 높기 때문에, 세퍼레이터의 치밀성이 부족한 것과, 권회 상태에서 소자 권회의 내측으로부터 외측을 향하여 반발하는 힘이 너무 강한 것이, 쇼트 불량률의 저감과 진동 시험 후의 ESR의 변화율의 저감을 달성할 수 없는 원인이라고 생각된다. 또한, 종래예 4의 세퍼레이터는, 비피브릴화 섬유인 아라미드 섬유만으로 구성되어 있는 세퍼레이터이며, 치밀성이 부족한 것도, 쇼트 불량률의 저감을 달성할 수 없는 원인이라고 생각된다.
그리고, 각 실시예, 참고예, 각 비교예 및 각 종래예의 비교로부터, 세퍼레이터의 공극률은 65 내지 85%의 범위가 바람직하다는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 3, 4, 6, 7, 9 및 10으로부터, 공극률은 70 내지 80%의 범위가 더욱 바람직하다는 것을 알 수 있다.
그리고 또한, 각 실시예, 참고예, 각 비교예 및 각 종래예의 비교로부터, 세퍼레이터의 클락 강도는 1 내지 10㎤/100의 범위가 바람직하다는 것을 알 수 있다. 그리고 또한, 실시예 1, 3, 4, 6, 9, 10, 참고예 1, 비교예 1로부터, 클락 강도는, 1.5 내지 7.0㎤/100의 범위가 보다 바람직하다는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 세퍼레이터의 공극률을 65 내지 85%, 평균 구멍 직경을 0.5 내지 25.0㎛, 클락 강도를 1 내지 10㎤/100으로 제어함으로써, 균질한 지층 구조, 또한 적당한 유연함을 갖는 세퍼레이터로 만들 수 있고, 본 발명의 세퍼레이터를 사용한 고체 전해 콘덴서는, 초기의 ESR, 쇼트 불량률이 낮을 뿐만 아니라, 고온, 고진동과 같은, 최근 요구되는 가혹한 사용 환경이더라도, 특성의 열화를 억제할 수 있어, 고체 전해 콘덴서 및 하이브리드 전해 콘덴서의 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.

Claims (5)

  1. 한 쌍의 전극 사이에 개재하는 알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터로서,
    합성 수지 섬유를 함유하고, 공극률이 65 내지 85%, 평균 구멍 직경이 0.5 내지 25.0㎛, 클락 강도가 1 내지 10㎤/100인 것을 특징으로 하는 알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 합성 수지 섬유가 폴리아미드 섬유인 것을 특징으로 하는 알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 합성 수지 섬유는 피브릴화 섬유인 것을 특징으로 하는 알루미늄 전해 콘덴서용 세퍼레이터.
  4. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 기재된 세퍼레이터를 사용한 것을 특징으로 하는 알루미늄 전해 콘덴서.
  5. 제4항에 있어서, 음극 재료에 도전성 고분자를 사용한 것을 특징으로 하는 알루미늄 전해 콘덴서.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6989414B2 (ja) * 2018-02-27 2022-01-05 ニッポン高度紙工業株式会社 電気化学素子用セパレータ及び電気化学素子
JP2020107682A (ja) * 2018-12-26 2020-07-09 ニッポン高度紙工業株式会社 アルミニウム電解コンデンサ用セパレータおよびアルミニウム電解コンデンサ
US20230115245A1 (en) * 2020-02-21 2023-04-13 Nippon Kodoshi Corporation Separator for aluminum electrolytic capacitors, and aluminum electrolytic capacitor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002252147A (ja) 2001-02-23 2002-09-06 Sanyo Electric Co Ltd 電解コンデンサ及びその製造方法
JP2004165593A (ja) 2002-09-27 2004-06-10 Nippon Kodoshi Corp 固体電解コンデンサ
JP2006344742A (ja) 2005-06-08 2006-12-21 Nippon Kodoshi Corp 電解コンデンサ
JP2009099652A (ja) 2007-10-15 2009-05-07 Panasonic Corp 固体電解コンデンサ及びその製造方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0371618A (ja) * 1989-08-10 1991-03-27 Nichicon Corp 固体電解コンデンサの製造方法
US7470649B2 (en) * 2004-05-11 2008-12-30 Konica Minolta Photo Imaging, Inc. Thermal transfer image receiving sheet
US20060159913A1 (en) * 2004-12-22 2006-07-20 Tomoyuki Kugo Heat-sensitive adhesive material
DE102007042554B4 (de) * 2007-09-07 2017-05-11 Carl Freudenberg Kg Vliesstoff mit Partikelfüllung
US20110206972A1 (en) * 2008-10-15 2011-08-25 Tomoegawa Co., Ltd. Power storage device separator
JP2010277800A (ja) * 2009-05-28 2010-12-09 Tomoegawa Paper Co Ltd 蓄電デバイス用セパレータ
JP2011137962A (ja) * 2009-12-28 2011-07-14 Ricoh Co Ltd 粘着性感熱ラベル、その処理方法及び装置
KR101269207B1 (ko) * 2010-01-25 2013-05-31 에스케이이노베이션 주식회사 내열성이 우수한 다층 다공막
JP5520123B2 (ja) * 2010-04-15 2014-06-11 三菱製紙株式会社 固体電解コンデンサ用セパレータ及びそれを用いた固体電解コンデンサ
JP5898499B2 (ja) * 2011-01-21 2016-04-06 日本バイリーン株式会社 不織布及びその製造方法
US8784768B2 (en) * 2011-05-26 2014-07-22 GM Global Technology Operations LLC Hierarchially porous carbon particles for electrochemical applications
WO2013187326A1 (ja) * 2012-06-13 2013-12-19 東レ株式会社 多孔性ポリプロピレンフィルム、蓄電デバイス用セパレータおよび蓄電デバイス
KR20150036701A (ko) * 2012-07-30 2015-04-07 사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이. 고온 용융 완전성 세퍼레이터
US20140030608A1 (en) * 2012-07-30 2014-01-30 Sabic Innovative Plastics Ip B.V. High temperature melt integrity separator
JP2014072361A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Asahi Kasei Fibers Corp 電解コンデンサ用セパレータ
WO2014100213A2 (en) * 2012-12-18 2014-06-26 Sabic Innovative Plastics Ip B.V. High temperature melt integrity battery separators via spinning
CN103964821A (zh) * 2013-01-28 2014-08-06 海洋王照明科技股份有限公司 氧化铝固体隔膜及其制备方法、电化学电池或电容器
CN107075804B (zh) * 2014-09-26 2019-09-27 旭化成株式会社 包含纤维素微细纤维层的薄膜片
JP2016100135A (ja) * 2014-11-19 2016-05-30 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池
CN104966621B (zh) * 2015-05-14 2018-10-02 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种溶剂共嵌入型钠离子电容器
CN113106786A (zh) * 2021-03-18 2021-07-13 华南理工大学 一种多层复合的固态、半固态电解电容器隔膜纸及其制备方法和应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002252147A (ja) 2001-02-23 2002-09-06 Sanyo Electric Co Ltd 電解コンデンサ及びその製造方法
JP2004165593A (ja) 2002-09-27 2004-06-10 Nippon Kodoshi Corp 固体電解コンデンサ
JP2006344742A (ja) 2005-06-08 2006-12-21 Nippon Kodoshi Corp 電解コンデンサ
JP2009099652A (ja) 2007-10-15 2009-05-07 Panasonic Corp 固体電解コンデンサ及びその製造方法

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Publication number Publication date
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