TWI744399B - 鋁電解電容器用隔膜以及鋁電解電容器 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種具有至少一層濕式不織布層，並插入在一對電極之間的鋁電解電容器用隔膜，其中濕式不織布層的平均孔徑在0.5~15μm的範圍內，並且，在70℃的離子交換水中浸漬30分鐘後的濕潤拉伸強度為0.30kN/m以上。該隔膜是由合成纖維形成的濕式不織布，優選地，濕式不織布層含有25質量%以上的丙烯酸纖維。另外，使用了所述的隔膜的鋁電解電容器，老化時的短路故障率降低、元件短路故障率降低的同時，能夠實現高耐電壓化。
Description
[0001] 本發明關於一種適合用於鋁電解電容器的隔膜以及使用該隔膜的鋁電解電容器。
[0002] 近年，隨著電子設備、汽車電裝設備的數位化，這些設備的高功能化、高性能化不斷發展，另外，為了這些設備等的小型化，還要求在設備中使用的電路基板等也小型化。 [0003] 將導電性高分子用作陰極材料的鋁電解電容器(以下，稱作“固態電解電容器”)，與將電解液用作陰極材料的鋁電解電容器相比，ESR(等效串聯電阻)特性良好，因此能夠通過減小零件個數來實現小型化，並被用於電腦、遊戲機等。在電腦等中，需要CPU的高速化、高功能化，工作頻率進一步高頻化。 [0004] 使用電解液的鋁電解電容器的導電機制是離子導電，而固態電解電容器的導電機制是電子導電並示出了高電導率。也就是說，釋放儲存的電子的回應性優良，因此具有低ESR特性，作為在電源電路中可以在CPU周圍使用的電容器具有優勢。 [0005] 在鋁電解電容器中使用的導電性高分子中，使用導電性高分子水分散液的鋁電解電容器的耐電壓特性良好，因此在電源電路中可用於需要數十V(伏)左右的額定電壓的用途。然而近年，要求電源電路中使用的鋁電解電容器提高額定電壓。 [0006] 另外在近年，各電容器製造企業上市了同時使用導電性高分子和電解液作為陰極材料的導電性高分子混合型鋁電解電容器(以下，稱作“混合型電解電容器”)，廣泛應用於以低ESR特性、無短路故障為必須條件的汽車用途等。 [0007] 這裡，鋁電解電容器的額定電壓，是由電介質(陽極鋁氧化膜)的耐電壓和電解液(或，導電性高分子)的耐電壓的組合決定的。雖然陰極材料使用電解液的鋁電解電容器具有鋁氧化膜的自我修復能力，但是固態電解電容器不具有鋁氧化膜的修復能力。 [0008] 因此，在固態電解電容器中，在形成導電性高分子層之前進行再次化學轉化，從而在箔的剖面、垂片等未化學轉化部分進行了化學轉化，以及對鋁氧化膜的缺損部分進行修復後，形成導電性高分子層。也就是說，導電性高分子層形成前的再次化學轉化的完成情況，左右著固態電解電容器的額定電壓。 [0009] 在固態電解電容器中，導電性高分子聚合液中包含導電性高分子的單體和氧化劑。為了保持導電性高分子，需要隔膜對包含單體以及氧化劑的導電性高分子聚合液的浸潤性優良，不會妨礙導電性高分子的聚合，導電性高分子水分散液的浸潤性優良。 [0010] 作為在固態電解電容器中使用的隔膜，雖然有纖維素製成的隔膜，但是通常對纖維素製成的隔膜進行碳化處理後使用。這是因為，通過對纖維素進行碳化處理，可提高隔膜對氧化劑的耐性，進一步，由於碳化使隔膜的空隙增加，因此還能夠期待提高對聚合液的浸潤性。 [0011] 然而，在隔膜的碳化處理步驟中施加的熱引起纖維素的熱分解，該熱分解導致隔膜的物理強度降低。另外，由於纖維素自身在酸性條件下逐漸被分解，因此當使含有氧化劑的導電性高分子聚合液以及水分散液浸潤電容器元件時，隔膜的物理強度的降低非常顯著。 [0012] 為了避免這類纖維素製成的隔膜的問題，還使用混合有合成纖維的隔膜。作為在這種隔膜中使用的合成纖維，例如可列舉丙烯酸纖維、半芳香族聚醯胺纖維、芳綸纖維、聚酯纖維等。 [0013] 這些合成纖維中，從對導電性高分子的聚合液、分散液的浸潤性、耐熱性、耐酸性等觀點出發，優選使用丙烯酸纖維，例如專利文獻1、2的技術所公開的。另外，作為減少鋁電解電容器的內部短路(短路故障)的方法，例如有專利文獻3所公開的技術。 現有技術文獻 專利文獻 [0014] 專利文獻1：日本特開2014-175588號公報 專利文獻2：日本特開2006-344742號公報 專利文獻3：日本特開2013-080828號公報
發明要解決的技術問題 [0015] 在專利文獻1記載的發明中，提出了使用丙烯酸纖維的隔膜。使用丙烯酸纖維的隔膜，對導電性高分子的聚合液、分散液的浸潤性以及保持性良好，通過使用該隔膜，能夠降低鋁電解電容器的ESR。 然而，如上述，鋁電解電容器中也需求進一步的高額定電壓化，隔膜也需求進一步提高抗短路性。 [0016] 專利文獻2記載的發明關於含有原纖化丙烯酸纖維的隔膜，通過使用具有細微的原纖維的原纖化丙烯酸纖維，可提高隔膜的緻密性，能夠改善抗短路性。另外，除了原纖化丙烯酸纖維彼此的交織點增加以外，由於在抄紙時的熱履歷的作用下，原纖化丙烯酸纖維彼此的交織點會黏著，因此能夠提高隔膜的強度。 [0017] 另外，專利文獻3中公開了將層疊不織布的平均細孔徑控制為0.3~20μm的隔膜的發明。根據專利文獻3，如果平均孔徑為0.30μm以上，化學轉化液容易進入孔內，如果在20μm以下則纖維之間的距離適當且短路很少。 [0018] 從鋁固態電解電容器的高額定電壓化的觀點出發，與專利文獻1中記載的隔膜相比，專利文獻2以及3記載的隔膜能夠提高隔膜的機械強度並減少短路，使用專利文獻2以及3記載的隔膜的電容器，雖然有助於電容器的高額定電壓化，但是無法實現近年所需求的程度的高額定電壓化。 [0019] 也就是說，為了鋁固態電解電容器的高額定電壓化，在電容器製造時的再次化學轉化步驟中施加的電壓也升高。而且，由於再次化學轉化的施加電壓的高電壓化導致氧化膜以及化學轉化液的電阻產生的熱量也增大，因此化學轉化液的溫度也升高。 [0020] 本發明人潛心研究其原因。結果發現，專利文獻2、3中記載的隔膜雖然緻密性高，並且能夠減少元件捲繞後的短路，但是在溫度上升的化學轉化液中，隔膜的紙層會崩解。因此，可知隔膜無法維持形狀，無法減少老化(aging)時元件的短路。 [0021] 也就是說，處於被浸漬在因被施加電壓而溫度上升的化學轉化液中的狀態的隔膜，構成隔膜的各個纖維有運動的傾向，因此纖維、原纖維彼此的交織點或黏著點鬆懈，其結果是，隔膜的紙層逐漸部分崩解。 [0022] 為了維持在化學轉化液中的隔膜形狀，例如可考慮在隔膜中添加濕潤紙力增強劑，以保持隔膜自身的紙層的方法。但是，能夠適用於電容器用隔膜的濕潤紙力增強劑對具有氫氧基的纖維素纖維有效，但是對於不具有氫氧基的丙烯酸纖維存在濕潤拉伸強度沒有增強的問題，無法降低老化時元件的短路故障率。 [0023] 本發明鑒於上述技術問題而提出，其目的在於通過避免化學轉化液中的紙層崩解，並提高隔膜的形狀穩定性，來提高隔膜的抗短路性，即使使用該隔膜的鋁固態電解電容器採用高額定電壓也可降低短路故障率。 解決技術問題的方法 [0024] 本發明的隔膜，為了解決上述技術問題而提出，例如具備以下的結構。 即，本發明是具有至少一層不織布層，並插入在一對電極之間的鋁電解電容器用隔膜，其特徵在於，所述不織布層的平均孔徑在0.5~15μm的範圍內，並且，在70℃的離子交換水中浸漬30分鐘後的濕潤拉伸強度為0.30kN/m以上。 [0025] 而且例如特徵在於，所述不織布層含有25質量%以上的丙烯酸纖維。或者例如特徵在於，所述丙烯酸纖維含有25~50質量%的原纖化丙烯酸纖維。 [0026] 或者，本發明提供使用以上任一項所述的隔膜的鋁電解電容器。或者例如提供特徵在於使用導電性高分子作為陰極的鋁電解電容器。 發明的效果 [0027] 根據本發明，能夠降低鋁電解電容器老化時的短路故障率，並降低元件短路故障率。進一步，能夠提供實現了高耐電壓化的鋁電解電容器。
以下，詳細地說明本發明的一實施方式。 [0028] 本發明的實施方式的隔膜，具有至少一層不織布層，是插入在一對電極之間的鋁電解電容器用隔膜，在70℃的離子交換水中浸漬30分鐘後的該隔膜的濕潤拉伸強度為0.30kN/m以上。優選地，在70℃的離子交換水中浸漬30分鐘後的濕潤拉伸強度為0.35kN/m以上，更優選地，濕潤拉伸強度為0.40kN/m以上。 [0029] 將隔膜在70℃的離子交換水中浸漬30分鐘後的濕潤拉伸強度沒有特別的上限，但是根據能夠適用於實際的電容器的隔膜的厚度、密度來判斷的話，可認為2.0kN/m左右是上限。 [0030] 本實施方式的隔膜，由於將隔膜的平均孔徑控制在0.5~15μm的範圍內，因此可確保隔膜的緻密性，並能夠降低電容器元件捲繞步驟中的短路故障率。 [0031] 另外，本實施方式的隔膜，由於是在70℃的離子交換水中浸漬30分鐘後的濕潤拉伸強度為0.30kN/m以上的結構，因此能夠大幅減少老化時的短路故障。 [0032] 通過將隔膜的平均孔徑控制在0.5~15μm的範圍內，提高了隔膜的緻密性，並能夠降低電容器元件捲繞步驟後的短路故障率。另外，通過使隔膜的平均孔徑在0.5~13μm的範圍內，能夠進一步降低短路故障率，能夠得到更優選的隔膜。 [0033] 另一方面，在平均孔徑小於0.5μm的情況下，隔膜的纖維間隙過密而浸潤性變差，電容器的ESR特性也變差。另外，當平均孔徑超過15μm時，在電極箔中存在毛刺等的情況下，有電容器的短路故障增多的可能性。 [0034] 再次化學轉化的時間在30分鐘以內的處理是通常情況，當在該再次化學轉化所花費的時間中一直施加電壓時，化學轉化液的溫度到達70℃左右。因此，如果確保在70℃的離子交換水中浸漬30分鐘後的隔膜的濕潤拉伸強度為0.30kN/m以上，則在再次化學轉化步驟中隔膜的紙層不會崩解，能夠維持形狀。另外，由於能夠維持隔膜的形狀，因此能夠減少老化時的短路故障。 [0035] 在70℃的離子交換水中浸漬30分鐘後的隔膜的濕潤拉伸強度小於0.30kN/m的情況下，無法減少老化時的短路故障，進而電容器的高額定電壓化很難。 [0036] 另外，當本實施方式的隔膜含有25質量%以上的丙烯酸纖維時，提高了向隔膜浸潤聚合液、分散液的浸潤性，能夠進一步減低使用了該隔膜的鋁電解電容器的ESR。在丙烯酸纖維的含有量小於25質量%的情況下，向隔膜浸潤聚合液、分散液的浸潤性有降低的傾向。 [0037] 需要說明的是，當使用原纖化丙烯酸纖維作為丙烯酸纖維時，在保持丙烯酸纖維的浸潤性的同時，通過原纖化的丙烯酸纖維使得纖維的交織點、黏著點增多，能夠提高隔膜自身的機械強度。進一步，由於隔膜的緻密性也提高，因此有助於減少短路故障。 [0038] 當原纖化丙烯酸纖維的含有量過多時，隔膜的緻密性過高，因此ESR有升高的傾向。作為原纖化丙烯酸纖維的含有量，優選將50質量%左右設為上限。 [0039] 在本實施方式的發明的隔膜中，除丙烯酸纖維以外，能夠使用的纖維例如有尼龍纖維、芳綸纖維、聚酯纖維等。另外，考慮隔膜形成時的必要性、處理時的機械強度，能夠使用黏合纖維。 [0040] 具體地，從纖維形狀、纖維直徑，用於隔膜時的耐熱性、耐化學性的觀點出發，作為尼龍纖維優選半芳香族聚醯胺纖維，作為芳綸纖維優選原纖化芳綸纖維，作為聚酯纖維優選聚對苯二甲酸乙二醇酯聚酯纖維。 [0041] 另外，聚對苯二甲酸乙二醇酯聚酯纖維，如果是在對纖維進行紡絲時避免有延伸度而製造的纖維，則在隔膜形成時的熱的作用下，在該纖維彼此的交織點處黏著，因此有助於提高隔膜的機械強度等物理性能。 [0042] 本實施方式的隔膜的厚度以及密度，沒有特別限制，能夠選擇滿足所需的鋁電解電容器的特性的數值。雖然通常使用厚度20~70μm、密度0.20~0.60g/cm3
左右的隔膜，但是不限於該範圍。 [0043] 在本發明的實施方式的示例中，隔膜採用使用抄紙法形成的濕式不織布。隔膜的抄紙方式，只要能夠滿足平均孔徑、濕潤拉伸強度即可，沒有特別限制，能夠使用長網抄紙、短網抄紙、圓網抄紙等抄紙方式，另外，也可以是組合多個通過這些抄紙法形成的層得到的隔膜。 [0044] 另外，在抄紙時，只要是不會對電容器用隔膜產生影響的程度的雜質含有量，即可添加分散劑、消泡劑、紙力增強劑等添加劑，也可以在紙層形成後進行紙力增強加工、親液加工、壓光加工，壓花加工等後加工。 [0045] 但是，只要能夠實現作為本實施方式的基礎的，隔膜的平均孔徑為0.5~15μm，將隔膜在70℃的離子交換水中浸漬30分鐘後的濕潤拉伸強度為0.30kN/m以上即可，隔膜的形成方法沒有限制，即使是在成膜法中使用的這類通過使纖維分散液流延而成膜等的方法，也沒有問題。 [0046] 而且，本實施方式的鋁電解電容器，使用上述結構的隔膜作為隔膜，在一對電極之間插入隔膜，並使用導電性高分子作為陰極材料。 [0047] 通過採用以上的結構，能夠使本實施方式的示例的隔膜對聚合液或分散液的浸潤性良好，且抗短路性優良。而且，通過將該隔膜用於使用導電性高分子作為陰極材料的鋁電解電容器，能夠得到抗短路性高且低ESR的鋁電解電容器。 [0048] (隔膜以及鋁電解電容器的特性的測量方法) 本實施方式的隔膜以及鋁電解電容器的各特性的具體的測量，按照以下條件以及方法進行。 [0049] (厚度) 使用“JIS C 2300-2《電氣用纖維素紙-第2部：試驗方法》5.1 厚度”所規定的，“5.1.1 測量用具以及測量方法 a 使用外側千分尺的情況”的千分尺，按照“5.1.3 折疊紙測量厚度的情況”的折疊10張的方法，測量隔膜的厚度。 [0050] (密度) 按照“JIS C 2300-2 《電氣用纖維素紙-第2部：試驗方法》7.0A 密度”的B法規定的方法，測量絕對乾燥狀態的隔膜的密度。 [0051] (平均孔徑) 使用PMI(Porous Materials Inc.)公司制造的帕姆孔度計(Parm-Porometer)通過起泡點法(JIS K3832)測量孔徑分布，並由此求出隔膜的平均孔徑(μm)。 [0052] (濕潤拉伸強度) 使裝有水的水浴保持恆溫，在燒杯內倒入200mL的離子交換水使燒杯內保持在70℃。將裁剪成隔膜的長度方向(MD方向)為180mm、寬度方向(CD方向)為15mm的試驗片6張，在燒杯內的離子交換水中浸漬30分鐘。經過30分鐘後，取出，使用電子拉伸試驗機，以抓手的間隔180mm，每分約200mm的速度拉伸試驗片，測量其拉伸強度。求出6張的平均值，並對平均值進行單位換算，從而求出濕潤拉伸強度(kN/m)。 [0053] (固態電解電容器的製作步驟) 製造額定電壓35V、額定靜電容量120μF、直徑10mm×高度10.0mm，和額定電壓63V、額定靜電容量47μF、直徑10mm×高度15.0mm的兩種固態電解電容器。 具體的製作方法如下。 [0054] 以進行了蝕刻處理以及氧化膜形成處理的陽極箔和陰極箔沒有接觸的方式插入隔膜並捲繞，製作電容器元件。製作的電容器元件在再次化學轉化處理後進行乾燥。 [0055] 在額定電壓35V的固態電解電容器的情況下，使電容器元件含浸導電性高分子聚合液後，進行加熱/聚合，並乾燥溶劑形成導電性高分子。在額定電壓63V的固態電解電容器的情況下，使電容器元件含浸導電性高分子水分散液後，進行加熱/乾燥形成導電性高分子。 [0056] 接著，將電容器元件放入規定的外殼內，並封閉開口部後，進行老化，得到各個固態電解電容器。 [0057] (混合型電解電容器的製作步驟) 製造額定電壓35V、額定靜電容量270μF、直徑10mm×高度12.5mm，和額定電壓125V、額定靜電容量10μF、直徑10mm×高度10.5mm的兩種混合型電解電容器。 具體的製作方法如下。 [0058] 以進行了蝕刻處理以及氧化膜形成處理的陽極箔和陰極箔沒有接觸的方式插入隔膜並捲繞，製作電容器元件。製作的電容器元件在再次化學轉化處理後進行乾燥。 [0059] 在額定電壓35V的混合型電解電容器的情況下，使電容器元件含浸導電性高分子聚合液後，進行加熱/聚合，並乾燥溶劑形成導電性高分子。 [0060] 在額定電壓125V的混合型電解電容器的情況下，使電容器元件含浸導電性高分子水分散液後，進行加熱/乾燥形成導電性高分子。 [0061] 接著，使上述電容器元件含浸驅動用電解液，將電容器元件裝入規定的外殼內，並封閉開口部後，進行老化，得到各個混合型電解電容器。 [0062] (鋁電解電容器的評價方法) 本實施方式的鋁電解電容器的具體的性能評價，按照以下的條件以及方法進行。 [0063] (ESR) 在溫度20℃、頻率100kHz的條件下使用LCR測試儀，測量製作的電容器元件的ESR。 [0064] (短路故障率) 對於電容器元件捲繞時的短路故障，求出捲繞元件後的短路故障率和老化時的短路故障率。這裡，準備1000個捲繞後的元件，將施加300V的電壓時由於導通而電壓下降的情況視為捲繞短路故障。計算發生短路故障的個數，除以1000後，用百分率表示，作為捲繞短路故障率。 [0065] 老化時的短路故障，是在沒有捲繞短路的元件上施加額定電壓，將此時由於導通而電壓下降的情況視為老化時的短路故障。計算老化時發生短路故障的個數，除以供評價的元件個數，用百分比表示，得到老化短路故障率。 [0066] (實施例等) 以下，說明本發明的具體的實施例等。 首先，說明各實施例、比較例、現有例的隔膜。 [0067] (隔膜的實施例1) 混合50質量%的丙烯酸纖維與50質量%的原纖化丙烯酸纖維。使用得到的原料進行圓網抄紙，進一步在150℃下以乾燥表面進行熱處理和接觸輥的壓制，製作實施例1的隔膜。 實施例1的隔膜，厚度為30μm，密度為0.55g/cm3
，平均孔徑為0.52μm，濕潤拉伸強度為0.69kN/m。 [0068] (隔膜的實施例2) 混合50質量%的丙烯酸纖維、25質量%的聚對苯二甲酸乙二醇酯聚酯纖維(以下，稱作“PET纖維”)、25質量%的纖維製造時避免有延伸度而製造的聚對苯二甲酸乙二醇酯聚酯纖維(以下，稱作“未延伸PET纖維”)。使用得到的原料進行圓網抄紙，進一步在150℃下以乾燥表面進行熱處理和接觸輥的壓制，製作實施例2的隔膜。 實施例2的隔膜，厚度為60μm，密度為0.20g/cm3
，平均孔徑為14.7μm，濕潤拉伸強度為1.10kN/m。 [0069] (隔膜的實施例3) 混合50質量%的半芳香族聚醯胺纖維、25質量%的原纖化丙烯酸纖維、25質量%的未延伸PET纖維。使用得到的原料進行圓網抄紙，進一步在150℃下以乾燥表面進行熱處理和接觸輥的壓制，製作實施例3的隔膜。 實施例3的隔膜，厚度為20μm，密度為0.40g/cm3
，平均孔徑為9.70μm，濕潤拉伸強度為1.60kN/m。 [0070] (隔膜的實施例4) 混合25質量%的原纖化芳綸纖維、30質量%的PET纖維、25質量%的丙烯酸纖維、20質量%的聚乙烯醇纖維。使用得到的原料進行圓網抄紙，進一步在150℃下以乾燥表面進行熱處理和接觸輥的壓制，製作實施例4的隔膜。 實施例4的隔膜，厚度為70μm，密度為0.30g/cm3
，平均孔徑為12.80μm，濕潤拉伸強度為0.31kN/m。 [0071] (隔膜的參考例) 混合80質量%的原纖化丙烯酸纖維、20質量%的丙烯酸纖維。使用得到的原料進行圓網抄紙，進一步在150℃下以乾燥表面進行熱處理和接觸輥的壓制，製作參考例的隔膜。 參考例的隔膜，厚度為40μm，密度為0.45g/cm3
，平均孔徑為0.41μm，濕潤拉伸強度為0.60kN/m。 [0072] (隔膜的比較例1) 混合40質量%的半芳香族聚醯胺纖維、20質量%的PET纖維、20質量%的未延伸PET纖維、20質量%的原纖化丙烯酸纖維。使用得到的原料進行圓網抄紙，製作比較例1的隔膜。 比較例1的隔膜，厚度為50μm，密度為0.31g/cm3
，平均孔徑為9.10μm，濕潤拉伸強度為0.27kN/m。 [0073] (隔膜的比較例2) 混合40質量%的丙烯酸纖維、40質量%的原纖化芳綸纖維、20質量%的聚乙烯醇纖維(PVA)。使用得到的原料進行圓網抄紙，製作比較例2的隔膜。 比較例2的隔膜，厚度為30μm，密度為0.25g/cm3
，平均孔徑為16.20μm，濕潤拉伸強度為0.41kN/m。 [0074] (隔膜的現有例1) 按照專利文獻1的實施例1所記載的方法，即，混合50重量%的平均纖維直徑1.0μm、纖維長度3mm的丙烯酸短纖維，和40重量%的平均纖維直徑3.0μm、纖維長度3mm的丙烯酸短纖維，和10重量%的濾水度30ml的對位芳香族聚醯胺纖條體，使用混合的原料並使用圓網/傾斜組合抄紙機，進行濕式抄紙，製作現有例1的隔膜。在常溫下進行壓光處理調整厚度。 現有例1的隔膜，厚度為10μm，密度為0.50g/cm3
，平均孔徑為19.40μm，濕潤拉伸強度為0.13kN/m。 [0075] (隔膜的現有例2) 按照專利文獻3的實施例1所記載的方法，即，製作由不織布層(I層)/不織布層(II層)形成的層疊網作為含有100質量%的PET纖維的現有例2的隔膜，其中，不織布層(I層)是使用PET的溶液(OCP為溶劑)，通過紡黏法進行紡絲，並噴塗在極細纖維網上製成的，不織布層(II層)由熱可塑性樹脂長纖維構成。 現有例2的隔膜，厚度為40μm，密度為0.50g/cm3
，平均孔徑為6.70μm，濕潤拉伸強度為0.51kN/m。 [0076] 本實施方式的各實施例、參考例、各比較例、各現有例的隔膜個體的評價結果在表1中示出。 [0077]
[0078] 對使用了以上的各實施例、比較例、現有例的隔膜的鋁電解電容器進行說明。作為使用了各實施例、比較例、現有例的隔膜的電容器，示出對額定電壓35V、額定靜電容量120μF的固態電解電容器，額定電壓63V、額定靜電容量47μF的固態電解電容器，額定電壓35V、額定靜電容量270μF的混合型電解電容器，額定電壓125V、額定靜電容量10μF的混合型電解電容器進行評價的結果。 [0079] (電容器的實施例1) 額定電壓35V、額定靜電容量120μF的固態電解電容器的評價結果是，元件捲繞時、老化時的短路故障率均為0.1%，老化後的ESR為9mΩ。 額定電壓63V、額定靜電容量47μF的固態電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為0.3%，老化時的短路故障率為0.1%，老化後的ESR為23mΩ。 [0080] 額定電壓35V、額定靜電容量270μF的混合型電解電容器，元件捲繞時以及老化時的短路故障率為0.0%，老化後的ESR為14mΩ。 額定電壓125V、額定靜電容量10μF的混合型電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為0.1%，老化時的短路故障率為0.0%，老化後的ESR為35mΩ。 [0081] (電容器的實施例2) 額定電壓35V、額定靜電容量120μF的固態電解電容器的評價結果是，元件捲繞時的短路故障率為0.2%，老化時的短路故障率為0.0%，老化後的ESR為10mΩ。 額定電壓63V、額定靜電容量47μF的固態電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為0.5%，老化時的短路故障率為0.2%，老化後的ESR為24mΩ。 [0082] 額定電壓35V、額定靜電容量270μF的混合型電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為0.1%，老化時的短路故障率為0.0%，老化後的ESR為16mΩ。 額定電壓125V、額定靜電容量10μF的混合型電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為0.2%，老化時的短路故障率為0.1%，老化後的ESR為34mΩ。 [0083] (電容器的實施例3) 額定電壓35V、額定靜電容量120μF的固態電解電容器的評價結果是，元件捲繞時的短路故障率為0.3%，老化時的短路故障率為0.0%，老化後的ESR為8mΩ。 額定電壓63V、額定靜電容量47μF的固態電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為0.7%，老化時的短路故障率為0.3%，老化後的ESR為20mΩ。 [0084] 額定電壓35V、額定靜電容量270μF的混合型電解電容器，元件捲繞時、老化時的短路故障率均為0.0%，老化後的ESR為13mΩ。 額定電壓125V、額定靜電容量10μF的混合型電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為0.5%，老化時的短路故障率為0.2%，老化後的ESR為30mΩ。 [0085] (電容器的實施例4) 額定電壓35V、額定靜電容量120μF的固態電解電容器的評價結果是，元件捲繞時的短路故障率為0.0%，老化時的短路故障率為0.2%，老化後的ESR為11mΩ。 額定電壓63V、額定靜電容量47μF的固態電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為0.1%，老化時的短路故障率為0.0%，老化後的ESR為24mΩ。 [0086] 額定電壓35V、額定靜電容量270μF的混合型電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為0.0%，老化時的短路故障率為0.2%，老化後的ESR為17mΩ。 額定電壓125V、額定靜電容量10μF的混合型電解電容器，元件捲繞時、老化時的短路故障率均為0.0%，老化後的ESR為36mΩ。 [0087] (電容器的參考例) 額定電壓35V、額定靜電容量120μF的固態電解電容器的評價結果是，元件捲繞時的短路故障率為0.4%，老化時的短路故障率為0.2%，老化後的ESR為17mΩ。 額定電壓63V、額定靜電容量47μF的固態電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為0.9%，老化時的短路故障率為0.5%，老化後的ESR為29mΩ。 [0088] 額定電壓35V、額定靜電容量270μF的混合型電解電容器，元件捲繞時、老化時的短路故障率均為0.3%，老化後的ESR為20mΩ。 額定電壓125V、額定靜電容量10μF的混合型電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為0.7%，老化時的短路故障率為0.5%，老化後的ESR為41mΩ。 [0089] (電容器的比較例1) 額定電壓35V、額定靜電容量120μF的固態電解電容器的評價結果是，元件捲繞時的短路故障率為0.8%，老化時的短路故障率為1.9%，老化後的ESR為24mΩ。 額定電壓63V、額定靜電容量47μF的固態電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為2.9%，老化時的短路故障率為1.5%，老化後的ESR為39mΩ。 [0090] 額定電壓35V、額定靜電容量270μF的混合型電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為0.4%，老化時的短路故障率為1.9%，老化後的ESR為29mΩ。 額定電壓125V、額定靜電容量10μF的混合型電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為1.2%，老化時的短路故障率為4%，老化後的ESR為52mΩ。 [0091] (電容器的比較例2) 額定電壓35V、額定靜電容量120μF的固態電解電容器的評價結果是，元件捲繞時的短路故障率為4.3%，老化時的短路故障率為1.8%，老化後的ESR為29mΩ。 額定電壓63V、額定靜電容量47μF的固態電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為8.9%，老化時的短路故障率為4.6%，老化後的ESR為35mΩ。 [0092] 額定電壓35V、額定靜電容量270μF的混合型電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為3.1%，老化時的短路故障率為1.8%，老化後的ESR為23mΩ。 額定電壓125V、額定靜電容量10μF的混合型電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為5%，老化時的短路故障率為3.4%，老化後的ESR為48mΩ。 [0093] (電容器的現有例1) 額定電壓35V、額定靜電容量120μF的固態電解電容器的評價結果是，元件捲繞時的短路故障率為5.6%，老化時的短路故障率為2.1%，老化後的ESR為11mΩ。 額定電壓63V、額定靜電容量47μF的固態電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為9.1%，老化時的短路故障率為1.6%，老化後的ESR為22mΩ。 [0094] 額定電壓35V、額定靜電容量270μF的混合型電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為4.6%，老化時的短路故障率為2.2%，老化後的ESR為16mΩ。 額定電壓125V、額定靜電容量10μF的混合型電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為6.3%，老化時的短路故障率為3.1%，老化後的ESR為35mΩ。 [0095] (電容器的現有例2) 額定電壓35V、額定靜電容量120μF的固態電解電容器的評價結果是，元件捲繞時的短路故障率為0.4%，老化時的短路故障率為0.3%，老化後的ESR為30mΩ。 額定電壓63V、額定靜電容量47μF的固態電解電容器的評價結果是，元件捲繞時的短路故障率為1.1%，老化時的短路故障率為0.6%，老化後的ESR為36mΩ。 [0096] 額定電壓35V、額定靜電容量270μF的混合型電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為0.3%，老化時的短路故障率為0.4%，老化後的ESR為28mΩ。 額定電壓125V、額定靜電容量10μF的混合型電解電容器，元件捲繞時的短路故障率為0.9%，老化時的短路故障率為0.6%，老化後的ESR為51mΩ。 [0097] 對使用上述各實施例、參考例、各比較例、各現有例的隔膜製成的鋁電解電容器進行的性能評價的結果在表2中示出。
[0098] 使用了實施例1~4的隔膜的額定電壓35V、額定靜電容量120μF的固態電解電容器，捲繞時的短路故障率、老化時的短路故障率均減小到很低，ESR也低至8~11mΩ。另外，使用了相同隔膜的額定電壓63V、額定靜電容量47μF的固態電解電容器，即使提高了額定電壓，捲繞時的短路故障率、老化時的短路故障率也都很低，ESR也為20~24mΩ，作為固態電解電容器能夠確保良好的性能。 [0099] 另外，使用了實施例1~4的隔膜的額定電壓35V、額定靜電容量270μF的混合型電解電容器，短路故障率、老化時的短路故障率也均減小到很低，ESR也低至13~17mΩ。而且，使用了相同隔膜的額定電壓125V、額定靜電容量10μF的混合型電解電容器，即使提高了額定電壓，短路故障率也很低，ESR也低至30~36mΩ。 [0100] 由以上結果可知，本實施方式的隔膜，即使電容器進行了高額定電壓化，也能夠降低短路故障率，ESR也不會變差。 [0101] 參考例的隔膜的厚度、密度、濕潤拉伸強度與實施例水準相同，是平均孔徑為0.41μm的隔膜。另外，該隔膜與專利文獻2的實施例1所記載的隔膜厚度、密度相同，構成隔膜的纖維的含有率也相同。 [0102] 使用了參考例的隔膜的固態電解電容器以及混合型電解電容器，捲繞時、老化時的短路故障率均比各實施例略高，在任一個電容器中，ESR也略高。即，可認為當參考例的隔膜的原纖化丙烯酸纖維的含有量為80質量%時，比實施例多，由此隔膜的緻密性明顯提高。 [0103] 也就是說，原纖化丙烯酸纖維的含有量較多導致隔膜的平均孔徑變小，會給電容器的ESR帶來一些影響。由各實施例與參考例的比較可知，如果隔膜中的原纖化丙烯酸纖維的含有率達到50質量%，則將電容器的ESR減小為較低，有助於電容器的高額定電壓化。 [0104] 比較例1的隔膜的厚度、密度、平均孔徑與實施例水準相同，但是濕潤拉伸強度為0.27kN/m，比實施例低。使用了該比較例1的隔膜的額定電壓35V、額定靜電容量120μF的固態電解電容器，元件捲繞時、老化時的短路故障率分別為0.8%、1.9%，比各實施例都高。 [0105] 另外，使用了比較例1的隔膜的額定電壓63V、額定靜電容量47μF的固態電解電容器也是元件捲繞時、老化時的短路故障率分別為2.9%、1.5%，比各實施例都高。而且，額定電壓35V、額定靜電容量270μF的混合型電解電容器也是元件捲繞時、老化時的短路故障率分別為0.4%、1.9%，比各實施例都高，額定電壓125V、額定靜電容量10μF的混合型電解電容器也是元件捲繞時、老化時的短路故障率分別為1.2%、4.0%，比各實施例都高。 [0106] 可認為其原因是，比較例1的隔膜在隔膜整體中僅含有20質量%的原纖化丙烯酸纖維，隔膜的濕潤拉伸強度低至0.27kN/m。 [0107] 由此可知，為了電容器的高額定電壓化，丙烯酸纖維的含有率為20質量%是不夠的，需要為25質量%。另外，可知隔膜的濕潤拉伸強度需要為0.30kN/m以上。 [0108] 比較例2的隔膜的厚度、密度、濕潤拉伸強度與實施例水準相同，平均孔徑較大為16.20μm。因此，使用了比較例2的隔膜的各電容器，元件捲繞時的短路故障率增高。由此可知，為了減小元件捲繞時的短路故障率，需要使隔膜的平均孔徑為15μm以下。 [0109] 現有例1的隔膜與專利文獻1的實施例1中記載的隔膜相同，但是平均孔徑較大為19.40μm，濕潤拉伸強度較低為0.13kN/m。因此，在使用了現有例1的隔膜的各電容器的評價中，元件捲繞時以及老化時的短路故障率高。 [0110] 由比較例1、2、現有例1的電容器的評價結果可知，僅通過使隔膜含有40~90質量%的丙烯酸纖維，不能解決短路故障率的改善、額定電壓的高壓化這些技術問題，因此需要將平均孔徑控制為0.50~15.0μm，另外，需要使濕潤拉伸強度為0.30kN/m以上。 [0111] 現有例2的隔膜與專利文獻3的實施例1中記載的隔膜相同，是100%PET樹脂的三層乾式不織布。使用了該隔膜的各電容器的短路故障率，與實施例相比，雖然是略差的程度，但是ESR變高。可認為其原因是，隔膜由100質量%的PET樹脂構成，層疊了三層乾式不織布，因此導電性高分子聚合液或者導電性高分子水分散液的浸潤性以及保持性變差，無法很好地形成導電性高分子層。 [0112] 如以上所說明的，根據本發明的實施方式，通過將隔膜的平均孔徑控制在0.5~15μm的範圍內，製造在70℃的離子交換水中浸漬30分鐘後的濕潤拉伸強度為0.30kN/m以上的隔膜，能夠避免隔膜的紙層在化學轉化液中崩解，提高了隔膜的形狀穩定性。因此，使用了本實施方式的隔膜的鋁電解電容器的老化時的短路故障率降低，也能夠降低元件短路故障率。也就是說，還有助於鋁電解電容器的高耐電壓化。 [0113] 在隔膜中，通過含有25質量%以上的丙烯酸纖維，能夠成為對導電性高分子聚合液、導電性高分子水分散液具有良好的浸潤性的隔膜。通過浸潤性良好，可提高對聚合液、分散液的浸潤性/保持性，能夠進一步降低使用了該隔膜的鋁固態電解電容器的ESR。 [0114] 另外，通過製造含有25~50質量%的原纖化丙烯酸纖維的隔膜，在維持良好的浸潤性的同時，能夠進一步提高隔膜的緻密性。 [0115] 如上所述，本實施方式的隔膜，在用於電容器的情況下，電容器的ESR不會變差，可降低短路故障率，有助於電容器的高額定電壓化。
Claims (5)
- 一種鋁電解電容器用隔膜，其具有至少一層濕式不織布層，並插入在一對電極之間，其特徵在於， 所述濕式不織布層的平均孔徑在0.5~15μm的範圍內，並且，在70℃的離子交換水中浸漬30分鐘後的濕潤拉伸強度為0.30kN/m以上，所述隔膜是由合成纖維製成的濕式不織布。
- 如申請專利範圍第1項所述的鋁電解電容器用隔膜，其中，所述濕式不織布層含有25質量%以上的丙烯酸纖維。
- 如申請專利範圍第1或第2項所述的鋁電解電容器用隔膜，其中，所述丙烯酸纖維含有25~50質量%的原纖化丙烯酸纖維。
- 一種鋁電解電容器，其特徵在於，使用了如申請專利範圍第1至第3項中任一項所述的鋁電解電容器用隔膜。
- 如申請專利範圍第4項所述的鋁電解電容器，其中，使用導電性高分子作為陰極。
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