KR940010191B1 - 전해 콘덴서용 전해액 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전해 콘덴서용 전해액

본 발명은 전해콘덴서용 전해액의 개량에 관한 것이다. 전해 콘덴서는, 알루미늄, 탄탈 등의 표면에 절연성의 산화피막이 형성되는 소위 변(弁)금속을 양극전극으로 사용하고 상기한 산화피막층을 유전체로 하여 이 산화피막층의 표면에 전해질층으로 이루어지는 전해액을 접촉시키고, 또한 통상적으로 음극이라 부르는 집전용의 전극을 배치하여 구성하고 있었다.

전해콘덴서용 전해액은 상술한 바와같이 유전체층에 직접 접촉하고 진정의 음극으로서 작용하므로써 그 특성은 전해콘덴서 특성을 좌우하는 큰 요인이 된다. 전해액은 전해콘덴서의 유전체층과 집전음극과의 사이에 개재하여 전해액의 저항분이 전해콘덴서에 직렬로 삽입되어 있는 것으로 된다. 이 때문에 전해액의 전도도가 낮으면, 전해콘덴서의 내부의 등가직렬 저항분을 증대시켜서 고주파 특성이나 손실특성이 저하하는 결점이 있었다.

이와 같은 배경으로부터 전도도가 높은 전해액이 요구되고 있어며, 종래로부터 알려져 있는 전도도의 높은 전해액으로서 아디핀산등의 유기산 또는 그 염을 에티렌 그리코올류나 알콜류에 용해한 것이 사용되고 있었다.

최근에는 점점 고도의 전기적 특성의 전해콘덴서가 요구되고 있으며 현재상태의 전해액의 전도도로서는 충분하다고는 할 수 없다.

특히 현재상태의 전해액의 경우, 소망의 전도도가 얻어지지 않는 경우나 용해도가 낮은 용질을 사용했을 때는 의도적으로 물을 첨가하여 전도도의 향상을 도모하는 일이 실시되고 있었다.

그러나 최근과 같이 100℃를 초과하는 높은 온도하에서 장시간의 사용이 요구되는 전해콘덴서의 사용상황에 있어서는, 전해액중의 수분의 존재는 유전체피막층의 약화나 전해 콘덴서의 내부 증기압력의 상승에 의하여 봉구부위의 파손이나 전해액의 증발에 의한 수명약화를 초래하여 장기간에 걸쳐서 안정된 특성을 유지할 수 없는 결점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와같은 종래의 전해액의 결점을 개선한 것으로써, 실질적으로 비수계이고, 또한 고전도도를 부여하는 전해액을 얻는 것에 의하여 전해콘덴서의 전기적 특성을 향상시키며 또한 안정된 특성을 장기간 유지하는 것에 의하여 전해콘덴서의 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 주된 용매가 비프로톤계 용매인 액중에, 환상 β-디칼페닐화합물의 4급 암모늄염을 용해시킨 것을 특징으로 하는 것으로써, 본 전해액은 본 발명의 목적에 적합하다는 것을 발견한 것이다. 환상 β-디칼페닐 화합물은, 일반식

(식중, R는 탄소수가 1-6의 알킬기, n은 2-5)로서 표시되는 것으고, 이것을 4급의 암모늄으로써 비프로톤계를 주체로하는 용매에 용해하여 얻어진다.

종래, 유기산의 암모늄염 또는 1-3급의 아민염이 전해액의 용질로서 사용되고 있었으나 환상 β-디칼페닐 화합물을 종래와 같이 암모늄염 또는 1-3급의 아민염으로써 용매중에 용해시켜도 거의 용해되지 않으며, 전혀 전도도를 얻을 수 없거나 혹은 전도도가 얻어질지라도 극히 낮은 값밖에는 얻어지지 않아 높은 성능의 전해액은 얻을 수 없다.

한편, 본 발명과 같이 환상 β-디칼페닐 화합물을 4급 암모늄염으로 하면, 전자(前者)에 비하여 훨씬 높은 전도도가 얻어지는 것이다. 환상 β-디칼페닐 화합물의 구체예인 화합물 이름을 예시하면, 오원환의 화합물로서, 1,3-시크로벤턴디온, 2-메틸-1,3-시크로펜턴디온, 6원환의 화합물로서, 1,3-시크로헥산디온, 2-메틸시크로헥산-1,3 디온, 5,5-디메틸-1,3 시크로헥산디온등이 있다.

또한 본 발명의 환상 β-디칼페닐 화합물은 이러한 것에만 한정되는 것은 아니고, 각종의 환상의 β-디칼페닐 화합물에 사용할 수 있다는 것이 발명자에 의하여 확인되고 있다.

또, 본 발명에 사용할 수 있는 용매는, 예컨대 N-메틸 포름아미드, N-디메틸 포름아미드, N-에틸포름아미드, N-디에틸포름아미드, N-메틸아세트아미드, N-디메틸아세트아미드, N-에틸아세트아미드, N-디에틸아세트아미드, γ-프치로락톤, N-메틸-2-피로리돈, 에틸렌카아보네이트, 프로피렌카아보네이트, 디메틸설포옥시드, 아세트니트릴 등을 비롯한 각조의 비프로톤 용매가 있다.

또 이들 용매는 한 종류에만 사용에 한정되는 것이 아니며 2종류 혹은 그 이상의 혼합물일지라도 좋고 또한 프로톤계용매를 적당히 혼합하여 사용한 형태라도 좋다.

이하, 실시예에 따라서 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 먼저, 본 발명의 실시예로서 각종의 환상 β-디칼페닐 화합물의 4급 암모늄염을 비프로톤계의 용매에 용해하여 전해액을 제조하여 그의 전도도를 조사하였다.

본 발명의 전해액의 제조방법은 테트라알킬암모늄 하이드로첸 사루페이트를 착산에틸이나 염화메틸렌등의 용매에 용해하고 소망의 환상 β-디칼페닐 화합물을 당량 첨가한다.

다음에 2배 당량의 수산화 알칼리 금속을 첨가하여 반응시켜서 석출물을 제거한 다음, 감압건조시켜서 무수염을 얻고 있다. 그리고 이것을 용매안에 넣어 소망의 전도도가 얻어지는 농도로 조정한 것이다.

또한 종래의 예로서 종래로부터 높은 전도도를 나타내는 아다핀산암모늄 에틸렌 그리코올계의 전해액과 비교하였다. 이 조성 및 전도도를 아래와 같이 표시한다. 또한, 조성비율은 어느 것이나 중량％, 전도도는 ㎳(미리디멘스)/Cm이다.

[본 발명예 1]

(용질) 테트라메틸암모늄-1,3-시크로헥산디오네이트 10

(용매)γ-프치로락톤 90

(전도도) 9.3

[본 발명예 2]

(용질) 테트라에틸암모늄-1,3-시크로벤턴디오네이트 10

(용매) 아세트니트릴 10

(전도도) 18.4

[본 발명예 3]

(용질) 테트라프치로암모늄-5,5-디에틸-1,3-시크로헥산디오네이트 10

(용매) N,N-디메틸포름아미드 90

(전도도) 8.5

[본 발명예 4]

(용질) 테트라메틸암모늄-2-메틸-1,3-시크로헥산디오네이트 20

(용매) N-메틸 피로리돈 80

(전도도) 13.6

[본 발명예 5]

(용질) 테트라에틸암모늄-2-메틸-1,3-시크로벤틴디오네이트 20

(용매) 디메틸설포옥시드 80

(전도도) 7.3

[비교예]

(용질) 아디핀산 암모늄 12

(용매) 에틸렌 그리코올 78

물 10

(전도도) 6.7

이상의 결과에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 전해액은 종래의 것에 비하여 높은 전도도를 표시하고 있다.

다음에 이들의 전해액을 사용하여 전해콘덴서를 제작하고 그 특성의 비교를 실시하였다. 제작한 전해콘덴서는 알루미늄박지를 양극 및 음극으로 사용하고, 세퍼레이터종이를 끼워서 겹쳐 맞추어 감아 원통형상의 콘덴서소자로 한 것에 각 실시예의 전해액을 함침하여 의장케이스에 수납 밀봉한 것이다. 어느것이나 동일한 콘덴서소자를 사용하고 있으며 정격전압 16V 정격용량 180μF이다.

아래의 표는 이들 전해콘덴서의 초기값 및 110℃로써 정격전압을 인가하여 1000시간 경과후에 정전용량값(CAP), 손실각의 정점(tanδ), 누설전류값(LC)(2분값)을 나타내고 있다.

[표 1]

이 시험의 결과로서도 명백하듯이 본 발명의 전해액의 전도도가 높은 것으로써 종래의 것에 비하여 손실 즉 정접의 값이 낮아진다.

또, 본질적으로 물을 함유하지 않으므로 높은 온도부하 상태에 있어서도 내부압력 상승에 의한 외관상의 이상이나 정전용량의 감소등이 없고 초기값과 1000시간 경과후의 특성값의 비교에 있어서도, 본 발명의 것은 극히 변화가 적다.

이상 설명한 바와같이 본 발명의 전해액을 사용한 전해콘덴서는 낮은 손실값과 높은 온도에서 장시간 사용하여도 안정된 특성이 유지되므로 높은 주파수로써 사용되고, 또한 높은 효율이 요구되는 스윗칭레규레이터 등의 전원장치나 높은 온도에서 장시간 사용되는 각종 전기기기등에 사용할 수가 있다.

Claims (1)

1. 주된 용매가 비프로톤계 용매인 액중에, 일반식

   

   (식중, R는 탄소수가 1-6의 알킬기, n은 2-5, A는 알킬암모늄을 표시함)으로 표시되는 환상 β-디칼페닐 화합물의 4급의 암모늄염을 용질로서 함유하는 것을 특징으로 하는 전해 콘덴서용 전해액.