WO2011118189A1 - 固体電解コンデンサ - Google Patents

固体電解コンデンサ Download PDF

Info

Publication number
WO2011118189A1
WO2011118189A1 PCT/JP2011/001643 JP2011001643W WO2011118189A1 WO 2011118189 A1 WO2011118189 A1 WO 2011118189A1 JP 2011001643 W JP2011001643 W JP 2011001643W WO 2011118189 A1 WO2011118189 A1 WO 2011118189A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conductive polymer
solid electrolytic
capacitor element
electrolytic capacitor
polyvinyl alcohol
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/001643
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
中路貴之
松崎具弘
Original Assignee
日本ケミコン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2010065478A external-priority patent/JP5921802B2/ja
Priority claimed from JP2010065475A external-priority patent/JP2011199086A/ja
Priority claimed from JP2010065477A external-priority patent/JP2011199088A/ja
Priority claimed from JP2010065476A external-priority patent/JP2011199087A/ja
Application filed by 日本ケミコン株式会社 filed Critical 日本ケミコン株式会社
Publication of WO2011118189A1 publication Critical patent/WO2011118189A1/ja

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/02Diaphragms; Separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • H01G11/48Conductive polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/52Separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/54Electrolytes
    • H01G11/56Solid electrolytes, e.g. gels; Additives therein
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/022Electrolytes; Absorbents
    • H01G9/025Solid electrolytes
    • H01G9/028Organic semiconducting electrolytes, e.g. TCNQ
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/04Electrodes or formation of dielectric layers thereon

Definitions

  • the present invention relates to a solid electrolytic capacitor, and more particularly to a solid electrolytic capacitor in which a conductive polymer layer is formed from a dispersion solution of a conductive polymer.
  • An electrolytic capacitor using a metal having a valve action such as aluminum can obtain a small size and a large capacity by expanding the surface of the dielectric by making the valve action metal as an anode electrode into the shape of an etching foil or the like. It is widely used because it can.
  • a solid electrolytic capacitor using a solid electrolyte as an electrolyte has features such as small size, large capacity, low equivalent series resistance, easy to chip, and suitable for surface mounting. It is indispensable for miniaturization and high functionality of electronic equipment.
  • a conductive polymer having high conductivity and excellent adhesion to the oxide film layer of the anode electrode is used.
  • this conductive polymer for example, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyethylenedioxythiophene, and derivatives thereof are known.
  • an anode foil and a cathode foil are wound through a separator to form a capacitor element.
  • the capacitor element is impregnated with EDOT and an oxidant solution, heated, and PEDOT polymer is interposed between both electrodes.
  • Forming a layer to form a solid electrolytic capacitor is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a solid electrolytic capacitor in which a solid electrolyte is formed by applying a treated conductive polymer dispersion and drying it.
  • a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer layer formed from the above-described dispersion solution of a conductive polymer does not have a high withstand voltage, and is satisfactory in terms of capacitance and ESR characteristics. Things haven't been done yet.
  • the present invention has been proposed in order to solve the above-described problems of the prior art, and the object thereof is solid electrolytic in which a conductive polymer layer is formed with a dispersion solution of a conductive polymer.
  • An object of the present invention is to provide a solid electrolytic capacitor having a high withstand voltage and excellent in capacitance and ESR characteristics.
  • the fine particles of the conductive polymer contained in the dispersion solution of the conductive polymer have an extremely small particle size (generally, the particle size is 100 nm or less). Since the amount of molecular fine particles is small (generally, the concentration of the conductive polymer fine particles in the dispersion solution is in the range of 1 to 5%), the conductive polymer layer formed on the surface of the anode foil or the cathode foil is thin.
  • the solid electrolytic capacitor of the present invention is a capacitor element in which a separator is disposed between an anode foil and a cathode foil to form a conductive polymer layer by impregnating a dispersion solution of a conductive polymer.
  • Polyvinyl alcohol is contained in a range of 11.0 mg / cm 3 or less per volume.
  • a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer layer formed from a dispersion solution of a conductive polymer by specifying the content of polyvinyl alcohol in the capacitor element, low ESR and A high withstand voltage solid electrolytic capacitor can be provided.
  • the conductive polymer dispersion solution has a pH of less than 3.
  • the conductive polymer dispersion contains polystyrene sulfonic acid as a dopant, but the lower the pH of the conductive polymer dispersion, the greater the amount of dopant such as polystyrene sulfonic acid.
  • the conductivity of the conductive polymer layer itself can be increased.
  • the separator includes a nonwoven fabric of synthetic fibers. Due to the high acid resistance of synthetic fibers, it is possible to suppress the reaction with the dispersion solution of the conductive polymer, so the oxide film deteriorates due to the reaction between the acid component and the oxide film of the anode foil when impregnated in the capacitor element. And the ESR characteristic can be improved.
  • the separator is characterized by including a fibril-like heat-resistant synthetic fiber.
  • the separator can be densified to increase the density, and the fibril part of the fibril-like heat-resistant fiber (the ridge part having a fiber diameter of 1 ⁇ m or less) is densified, and the fibril part Makes it easy to attach and carry conductive polymer particles, increase the amount of the conductive polymer in the capacitor element, and further improve the capacitance and ESR characteristics of the solid electrolytic capacitor. .
  • the moisture contained in the capacitor element is 0.1 mg or less.
  • the oxide film of the anode foil can be efficiently repaired during aging in the subsequent process.
  • the amount of moisture as 0.1 mg or less, the conductive polymer layer formed in the capacitor element reacts with moisture and deteriorates, and the moisture due to the heat of solder reflow when mounting the solid electrolytic capacitor It is possible to prevent the case from bulging and the internal pressure in the case from rising and the case from expanding.
  • the cathode foil is characterized in that an etching layer is formed on the surface and an oxide film of 10 V or less is formed on the etching layer. As a result, the ESR characteristic of the solid electrolytic capacitor can be kept good.
  • mounting of the conductive polymer, which is mounted on the capacitor element is characterized in that the capacitor element volume per range of 20mg / cm 3 ⁇ 40mg / cm 3.
  • the solid electrolytic capacitor of the present invention comprises an anode foil made of a valve metal such as aluminum and having an oxide film layer formed on the surface thereof, and a cathode foil wound or laminated via a separator containing a synthetic fiber nonwoven fabric.
  • a capacitor element is formed.
  • the capacitor element is subjected to a restoration conversion by applying a voltage by immersing it in an aqueous solution containing phosphoric acid, a hot water immersion process for dissolving the binder of the synthetic fiber, and the like.
  • the conductive polymer is dispersed in the capacitor element.
  • the solution is impregnated and dried to form a conductive polymer layer between the anode foil and the cathode foil.
  • this capacitor element is housed in an outer case such as a metal case, and the opening of the outer case is sealed with a sealing rubber to produce a solid electrolytic capacitor.
  • the anode foil is made of valve action metal foil such as aluminum, and the surface is roughened by electrochemical etching treatment in an aqueous chloride solution to form a number of etching pits. Is formed with an oxide film layer serving as a dielectric by applying a voltage in an aqueous solution of ammonium borate or the like.
  • the cathode foil is made of a valve-acting metal foil such as aluminum like the anode foil, and (1) the surface is subjected to etching treatment, (2) the plain foil not subjected to etching treatment is used, (3) the above-mentioned (1) or (2) with an oxide film formed on the surface; (4) the surface of (1), (2) or (3) with a metal such as titanium or nickel, its carbide, nitride, carbonitride A metal thin film layer made of a product or a mixture thereof, and other carbon thin film formed.
  • a valve-acting metal foil such as aluminum like the anode foil
  • the cathode foil examples include those described above. Among them, it is preferable to use a metal foil that has been subjected to etching treatment and further formed with an oxide film of 10 V or less because the ESR characteristics of the solid electrolytic capacitor are good. In addition, in a metal foil having a conductive material such as the metal thin film layer or carbon thin film layer formed on the surface, the capacitance is improved, and further, the metal thin film layer or carbon layer is formed to cover the entire surface of the metal foil. As a result, the ESR characteristics are also improved.
  • Lead wires for connecting the respective electrodes to the outside are connected to the anode foil and the cathode foil by known means such as stitching or ultrasonic welding.
  • This lead wire is made of aluminum or the like, and is composed of an external connection portion that is responsible for electrical connection between the connection portion of the anode foil and the cathode foil and the outside, and is led out from the end face of the wound or laminated capacitor element.
  • the separator includes a non-woven fabric of synthetic fibers, and the synthetic fibers include polyester fibers such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and derivatives thereof, vinylon fibers, aliphatic polyamides, and semi-aromatic polyamides.
  • Polyamide fibers such as wholly aromatic polyamides, polyimide fibers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, trimethylpentene fibers, polyphenylene sulfide fibers, acrylic fibers, and the like. These fibers can be used alone or in combination with a plurality of fibers. Used.
  • acrylic fibers having heat resistance and a decomposition temperature of 300 ° C. acrylic fibers having heat resistance and a decomposition temperature of 300 ° C.
  • polyethylene terephthalate, aramid fibers, and polyamide fibers are also suitable.
  • the semi-aromatic polyamide refers to one having, for example, a fatty chain in a part of the main chain, but is not limited thereto.
  • the fibril-like heat-resistant synthetic fiber is a fiber in which a heat-resistant synthetic fiber which is an organic fiber having no melting point or a melting point of 250 ° C. or more is made into a fibril shape.
  • Fibrils refer to the phenomenon in which fibrils (small fibers) appear on the surface due to friction and become fluffed, and are mainly fibrous, which has a part that is very finely divided in the direction parallel to the fiber axis. Yes, at least a part of which has a fiber diameter of 1 ⁇ m or less.
  • the heat-resistant fiber examples include para-type wholly aromatic polyamide, meta-type wholly aromatic polyamide, wholly aromatic polyester, polyimide, polyamideimide, polyphenylene sulfide, polybenzimidazole, polyetheretherketone, poly (para-phenylenebenzoe).
  • Examples thereof include single fibers and composite fibers made of a resin such as bisthiazole), poly (para-phenylene-2,6-benzobisoxazole), polytetrafluoroethylene, and acrylic.
  • para-type wholly aromatic polyamide fibers that can easily obtain highly uniform fibril-like heat-resistant synthetic fibers, and acrylic fibers that do not have a melting point and have high heat resistance and rigidity are preferable.
  • the rigidity of the separator can be increased, but as the separator, fibril-like heat-resistant synthetic fibers are used alone without containing other synthetic fibers. You can also.
  • the separator can be densified and the density can be increased.
  • the separator is densified by the fibril portion of the fibril heat-resistant fiber (the ridge portion having a fiber diameter of 1 ⁇ m or less), and the conductive polymer fine particles described later are easily attached and supported by the fibril portion.
  • the mounting amount of the conductive polymer can be increased, and the capacitance and ESR characteristics of the solid electrolytic capacitor can be improved.
  • the separator may contain a binder such as polyvinyl alcohol, polyester, or polyethylene glycol. By including a binder, the strength of the separator can be increased.
  • a binder such as polyvinyl alcohol, polyester, or polyethylene glycol.
  • the separator cellulose fibers such as manila paper and kraft paper may be mixed with the synthetic fiber.
  • the separator is mainly composed of a synthetic fiber non-woven fabric, and the cellulose fibers are preferably blended in the range of 40% by weight or less.
  • the capacitor element contains polyvinyl alcohol.
  • This polyvinyl alcohol is preferably contained in the capacitor element mainly before the formation of the conductive polymer layer by the conductive polymer dispersion. Furthermore, it is preferable that the polyvinyl alcohol adheres to the surface of the anode foil or the cathode foil constituting the capacitor element. When this polyvinyl alcohol adheres to the surface of the anode foil or the cathode foil, the withstand voltage characteristic of the solid electrolytic capacitor is improved. This is considered to modify the conductive polymer layer formed using a conductive polymer dispersion solution described later, and to increase the withstand voltage of the conductive polymer layer itself.
  • the dispersion solution of the conductive polymer impregnated in the capacitor element is a solution in which fine particles of the conductive polymer are dispersed in a solvent.
  • the conductive polymer fine particles generally have a very small particle size of 100 nm or less.
  • the conductive polymer include polypyrroles, polythiophenes, polyacetylenes, polyphenylenes, polyphenylene vinylenes, polyanilines, polyacenes, polythiophene vinylenes, and copolymers thereof. Of these, polypyrroles, polythiophenes and polyanilines are preferred from the viewpoint of ease of polymerization and stability in air.
  • polyethylenedioxythiophene is preferred because it has an extremely high conductivity in an oxidized form.
  • the solvent for the conductive polymer dispersion include water and / or organic solvents.
  • This dispersion solution preferably contains a sulfonic acid-based dopant such as polystyrene sulfonic acid, and may further contain a surfactant, an organic binder, or the like.
  • the dispersion of the conductive polymer is adjusted to a pH of less than 3 using a pH adjuster or the like. Therefore, the acidity of the dispersion solution is high.
  • the concentration of the conductive polymer particles in the conductive polymer dispersion is generally preferably in the range of 1 to 5 wt%.
  • the pH of the conductive polymer dispersion can be controlled using a pH adjuster or the like.
  • the dispersion solution of the conductive polymer contains polystyrene sulfonic acid or the like as a dopant, and since the pH of the dispersion solution is usually lowered when the amount of this acid is large, a separator or It is considered that the ESR characteristic is deteriorated as a solid electrolytic capacitor, causing an adverse effect on the oxide film of the anode foil.
  • the dispersion solution of the conductive polymer was further examined, it was found that the conductivity of the formed conductive polymer layer itself increased because the amount of dopant such as polystyrene sulfonic acid increased as the pH decreased.
  • the pH of the conductive polymer dispersion is preferably less than 3.
  • the capacitor element After impregnation-drying process, the capacitor element is dried in a temperature range of 100 to 200 ° C. to remove the solvent and the like from the conductive polymer dispersion, and then the anode foil and cathode of the capacitor element A conductive polymer layer is formed between the foils.
  • impregnation refers to a treatment in which a dispersion solution is included in the capacitor element.
  • the capacitor element can be included in the capacitor element by immersing the capacitor element in the dispersion solution.
  • the impregnation-drying process may be performed a plurality of times in order to secure the amount of the conductive polymer loaded in the capacitor element. preferable.
  • this impregnation step can be performed at normal pressure, the conductive polymer layer can be formed deep in the etching pits of the anode foil and the cathode foil by performing under reduced pressure or under pressure.
  • the amount of the conductive polymer loaded in the capacitor element will be described in detail. As described above, since the concentration of the fine particles of the conductive polymer in the dispersion solution of the conductive polymer is low, the high conductivity of the capacitor element. By carrying out the impregnation-drying step of the molecular dispersion solution a plurality of times, it is possible to increase the loading amount of the conductive polymer in the capacitor element. By increasing the amount of conductive polymer mounted, the conductive polymer layer formed between the electrode foils and on the surfaces of the anode foil and the cathode foil becomes dense.
  • the capacitance and tan ⁇ characteristics as a solid electrolytic capacitor Furthermore, LC characteristics and ESR characteristics are also improved.
  • the withstand voltage characteristic deteriorates when the amount of the conductive polymer mounted on the capacitor element is too large. This is because the thickness of the conductive polymer layer formed on the surface of the anode foil increases as the loading amount of the conductive polymer in the capacitor element increases. That is, an oxide film layer is formed on the surface of the anode foil, but if a crack or the like occurs in the oxide film, current concentrates on the crack and heat is generated.
  • This heat generation insulates the conductive polymer layer around the cracked portion and can maintain the withstand voltage characteristics of the solid electrolytic capacitor, but if the conductive polymer layer formed on the surface of the anode foil is thick at this time, It is difficult to insulate, the range of insulation is narrowed, and the conductive polymer layer including the periphery of the cracked portion is not insulated, so it is considered that the withstand voltage characteristics of the solid electrolytic capacitor are deteriorated.
  • the capacitor element on which the conductive polymer layer is thus formed is subjected to a drying process as the next step. If moisture is adhered in the capacitor element, the oxide film on the anode foil is efficiently repaired during aging in the subsequent process. However, if the amount of moisture adhering is large, the conductive polymer layer formed in the capacitor element reacts with moisture and deteriorates, and the moisture is vaporized by the heat of solder reflow when mounting the solid electrolytic capacitor. The internal pressure in the case rises and the case swells. Therefore, it is preferable to dry the capacitor element to control the amount of moisture in the capacitor element. Specifically, the amount of water in the capacitor element is preferably 0.1 mg or less.
  • the capacitor element is then housed in an outer case such as a metal case, and the opening of the outer case is sealed with a sealing rubber and subjected to an aging process in which a rated voltage is applied at a predetermined temperature.
  • Example 1 An anode foil made of aluminum in which an etching layer is formed on the surface and an oxide film layer is formed on the etching layer, and an etching layer is formed on the surface, and a 5 V oxide film is formed on the etching layer.
  • the cathode foil made of aluminum formed as a synthetic fiber, mainly composed of a semi-aromatic polyamide fiber non-woven fabric, blended with a fibril-like heat-resistant synthetic fiber, wound through a separator using polyvinyl alcohol as a binder, A capacitor element having an element shape of 5.8 ⁇ and a height of 3.2 L is formed, this capacitor element is repaired and formed in an aqueous solution containing phosphoric acid, and then the capacitor element is immersed in warm water, and polyvinyl alcohol contained in the separator Was dissolved and adhered to the surfaces of the anode foil and the cathode foil.
  • the capacitor element is immersed in a dispersion solution of a conductive polymer in which polythiophene-based fine particles and polystyrene sulfonic acid are dispersed in an aqueous solution, and the capacitor element is pulled up and dried at about 150 ° C. Further, immersion-drying of the capacitor element in a dispersion solution of the conductive polymer was repeated a plurality of times to form a conductive polymer layer on the capacitor element. This capacitor element was inserted into a bottomed cylindrical aluminum case, and the opening was sealed with rubber by drawing, followed by aging to produce a solid electrolytic capacitor. The pH of the conductive polymer dispersion was 2.9.
  • Example 2 The content of polyvinyl alcohol per element volume of a capacitor element was adjusted to 0.5 mg / cm 3 , and the same solid electrolytic capacitor as in Example 1 was prepared.
  • Example 3 The content of polyvinyl alcohol per element volume of a capacitor element was adjusted to 0.8 mg / cm 3 , and the same solid electrolytic capacitor as in Example 1 was prepared.
  • Example 4 The content of polyvinyl alcohol per element volume of the capacitor element was adjusted to 1.6 mg / cm 3 , and the same solid electrolytic capacitor as in Example 1 was prepared.
  • Example 5 The content of polyvinyl alcohol per element volume of the capacitor element was adjusted to 2.3 mg / cm 3 , and the other solid electrolytic capacitor was prepared in the same manner as in Example 1.
  • Example 6 The content of polyvinyl alcohol per element volume of the capacitor element was adjusted to 5.0 mg / cm 3 , and the same solid electrolytic capacitor as in Example 1 was prepared.
  • Example 7 The content of polyvinyl alcohol per element volume of the capacitor element was adjusted to 11.0 mg / cm 3 , and the other solid electrolytic capacitor was prepared in the same manner as in Example 1.
  • Example 1 A solid electrolytic capacitor similar to Example 1 was prepared except that polyvinyl alcohol was not used as a binder for the separator and polyvinyl alcohol was not contained in the capacitor element.
  • Example 2 A solid electrolytic capacitor similar to Example 1 was prepared except that the capacitor element was adjusted to 16.7 mg / cm 3 per volume of the capacitor element.
  • Example 8 A solid electrolytic capacitor was prepared in the same manner as in Example 6 except that the pH of the conductive polymer dispersion was 2.3.
  • Example 9 A solid electrolytic capacitor similar to that of Example 6 was prepared except that a fibril-like heat-resistant synthetic fiber was not blended and a semi-aromatic polyamide fiber non-woven fabric was used as a main separator.
  • Comparative Example 1 A solid electrolytic capacitor was prepared in the same manner as in Example 6 except that the pH of the conductive polymer dispersion was 4.0.
  • Comparative Example 2 A solid electrolytic capacitor was prepared in the same manner as in Example 6 except that the pH of the conductive polymer dispersion was 6.0.
  • Example 3 A solid electrolytic capacitor similar to that of Example 6 was prepared except that the separator was kraft paper.
  • Example 6 Each characteristic of the above Example 6, Example 8, Example 9, and Reference Example 3 was measured. The results are shown below. The initial characteristics of the electrostatic capacity at 120 Hz and the ESR at 100 kHz, and the short voltage in the VI test after reflow were measured.
  • Example 6 The mounting amount of the conductive polymer contained in the capacitor element prepared in Example 6 was measured and found to be 33.4 mg / cm 3 per capacitor element volume.
  • Example 10 A solid electrolytic capacitor similar to that of Example 6 was prepared except that a conductive polymer of 20.0 mg / cm 3 was mounted on the capacitor element.
  • Example 11 A solid electrolytic capacitor was prepared in the same manner as in Example 6 except that 40.0 mg / cm 3 of a conductive polymer was mounted on the capacitor element.
  • Example 6 Example 10, and Example 11 and Reference Example 4 and Reference Example 5 were measured. The results are shown in Table 3. The electrostatic capacity at 120 Hz and the initial characteristics of Tan ⁇ , and the short-circuit voltage in the VI test after reflow were measured.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

 導電性高分子の分散溶液から形成された導電性高分子層を用いた固体電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子中へのポリビニルアルコールの含有量を特定することで、低ESRでかつ高耐圧の固体電解コンデンサを提供する。陽極箔と陰極箔との間にセパレータが配置されたコンデンサ素子に、導電性高分子の分散溶液を含浸して導電性高分子層を形成するとともにコンデンサ素子体積あたり、11.0mg/cm以下の範囲でポリビニルアルコールが含有されていることを特徴としている。

Description

固体電解コンデンサ
 本発明は、固体電解コンデンサにかかり、特に導電性高分子の分散溶液より導電性高分子層を形成した固体電解コンデンサに関する。
 アルミニウム等のような弁作用を有する金属を利用した電解コンデンサは、陽極電極としての弁作用金属をエッチング箔等の形状にして誘電体を拡面化することにより、小型で大きな容量を得ることができることから、広く一般に用いられている。特に、電解質に固体電解質を用いた固体電解コンデンサは、小型、大容量、低等価直列抵抗であることに加えて、チップ化しやすく、表面実装に適している等の特質を備えていることから、電子機器の小型化、高機能化に欠かせないものとなっている。
 固体電解コンデンサに用いられる固体電解質としては、電導度が高く、陽極電極の酸化皮膜層との密着性に優れた導電性高分子が用いられている。この導電性高分子としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンやこれらの誘導体等が知られている。
 例えば、特許文献1では、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子にEDOT及び酸化剤溶液を含浸し、加熱して、両電極間にPEDOTポリマー層を形成し、固体電解コンデンサを形成することが開示されている。
 この特許文献1の固体電解コンデンサでは、酸化剤溶液がかなりの酸性を示すため、酸化皮膜である誘電体層を腐食させ、等価直列抵抗(ESR)の増加が生じ、またセルロース繊維を原料とするセパレータでは、セルロース繊維が化学酸化重合を阻害する問題があるため、該誘電体の腐食やセルロース繊維による化学酸化重合の阻害を防止すべく、陽極箔の表面に、酸性度を弱めた、もしくはアルカリ処理した導電性高分子の分散溶液を塗布し、乾燥することで、固体電解質を形成した固体電解コンデンサが特許文献2に開示されている。
特開平09-293639号公報 特開2006-287182号公報
 ところで、このような固体電解コンデンサは、車載用途、インバータ用途に用いられるが、使用電圧は20WVから35WVへと上昇し、固体電解コンデンサの高耐圧化が求められている。
 しかしながら、上記の導電性高分子の分散溶液にて形成した導電性高分子層を用いた固体電解コンデンサでは、高耐電圧のものができておらず、また静電容量やESR特性としても満足できるものが未だできていない。
 そこで、本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、導電性高分子の分散溶液にて導電性高分子層を形成した固体電解コンデンサにおいて、高耐圧であり、さらには静電容量およびESR特性に優れた固体電解コンデンサを提供することにある。
 本発明者らが鋭意検討した結果、導電性高分子の分散溶液から導電性高分子層を形成した固体電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子中にポリビニルアルコールを含有させると、固体電解コンデンサが高耐圧化することが分かった。さらに、このポリビニルアルコールについて検討すると、コンデンサ素子中での含有量によって固体電解コンデンサの特性が変わることが分かった。つまり、コンデンサ素子中へのポリビニルアルコールの含有量が多すぎては低周波でのESR特性の上昇や静電容量の減少が生じてしまうことが分かった。これは、ポリビニルアルコール自体は絶縁体であり、陽極箔又は陰極箔の表面に付着すると付着部分は容量形成部として機能しないため、固体電解コンデンサとして静電容量が減少してしまうことと考えられる。特に導電性高分子の分散溶液に含まれる導電性高分子の微粒子は、その粒径が極めて小さく(概して粒径は、100nm以下)、また、導電性高分子の分散溶液に含まれる導電性高分子の微粒子の量も少ないため(概して分散溶液中の導電性高分子の微粒子の濃度は、1~5%の範囲)、陽極箔又は陰極箔の表面に形成される導電性高分子層は薄く、また粗な状態であり、このような導電性高分子の微粒子の粒径が小さく、形成される導電性高分子層も薄く粗な状態では、陽極箔又は陰極箔の表面におけるポリビニルアルコールの占有率が導電性高分子に対して大きく、容量形成部の減少や、さらには形成された導電性高分子層に取り込まれたポリビニルアルコールの影響等により、固体電解コンデンサのESRの上昇や静電容量の減少が生じてしまうと考えられる。
 そこで、本発明の固体電解コンデンサは、陽極箔と陰極箔との間にセパレータが配置されたコンデンサ素子に、導電性高分子の分散溶液を含浸して導電性高分子層を形成するとともにコンデンサ素子体積あたり、11.0mg/cm以下の範囲でポリビニルアルコールが含有されていることを特徴としている。
 本発明によれば、導電性高分子の分散溶液から形成された導電性高分子層を用いた固体電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子中へのポリビニルアルコールの含有量を特定することで、低ESRでかつ高耐圧の固体電解コンデンサを提供することができる。
 また、前記導電性高分子の分散溶液のpHが3未満であることを特徴としている。導電性高分子の分散溶液には、ドーパントとして、ポリスチレンスルホン酸等が含まれているが、導電性高分子の分散溶液のpHが低くなるほど、ポリスチレンスルホン酸等のドーパントの量が増えるため、形成される導電性高分子層自体の伝導度を高めることができる。
 また、前記セパレータが合成繊維の不織布を含むことを特徴としている。合成繊維の高い耐酸性により、導電性高分子の分散溶液との反応を抑制することができるため、コンデンサ素子に含浸された際に酸成分と陽極箔の酸化皮膜との反応により酸化皮膜が劣化することを防ぎ、ESR特性を改善することができる。
 また、前記セパレータがフィブリル状耐熱性合成繊維を含むことを特徴としている。フィブリル状耐熱合成繊維を用いることによって、セパレータを緻密化して密度を高めることができ、またこのフィブリル状耐熱繊維のフィブリル部(繊維径1μm以下のささくれ部分)によりセパレータが緻密化され、このフィブリル部によって導電性高分子の微粒子が付着して担持されやすく、コンデンサ素子内の導電性高分子の搭載量を高めることができ、固体電解コンデンサとしての静電容量とESR特性をさらに改善することができる。
 また、前記コンデンサ素子に含まれる水分が0.1mg以下であることを特徴としている。コンデンサ素子中に水分が付着することによって、後工程のエージング時に、陽極箔の酸化皮膜の修復が効率よく行うことができる。また、水分量を0.1mg以下と特定することによって、コンデンサ素子中に形成された導電性高分子層が水分と反応して劣化し、また固体電解コンデンサの実装時のはんだリフローの熱によって水分が気化して、ケース内の内圧が上昇し、ケースが膨らんでしまうことを防ぐことができる。
 また、前記陰極箔は、表面にエッチング層と該エッチング層上に10V以下の酸化皮膜が形成されていることを特徴としている。これによって、固体電解コンデンサのESR特性を良好に保つことができる。
 また、前記コンデンサ素子に搭載された導電性高分子の搭載量は、コンデンサ素子体積あたり、20mg/cm~40mg/cmの範囲であることを特徴としている。コンデンサ素子中への導電性高分子の搭載量を特定することで、高耐圧であり、さらには静電容量およびTanδ特性に優れた固体電解コンデンサを提供することができる。
 以下、本発明の固体電解コンデンサの実施形態を説明する。本発明の固体電解コンデンサは、アルミニウム等の弁作用金属からなり、表面に酸化皮膜層が形成された陽極箔と、陰極箔とを、合成繊維の不織布を含有するセパレータを介して巻回又は積層してコンデンサ素子を形成する。そして、このコンデンサ素子に、リン酸を含有する水溶液中に浸漬し電圧印加する修復化成や上記合成繊維のバインダーを溶解させる温水浸漬処理等が施された後、コンデンサ素子に導電性高分子の分散溶液を含浸し、乾燥させて導電性高分子層を陽極箔と陰極箔の間に形成する。このコンデンサ素子に乾燥工程を施した後、金属ケース等の外装ケースに収納するとともに該外装ケースの開口部を封口ゴムにて封止して固体電解コンデンサが製造される。
(陽極箔)
 陽極箔は、アルミニウム等の弁作用金属箔からなり、その表面を、塩化物水溶液中での電気化学的なエッチング処理により粗面化して多数のエッチングピットが形成され、更にこの陽極箔の表面には、ホウ酸アンモニウム等の水溶液中で電圧を印加して誘電体となる酸化皮膜層が形成されている。
(陰極箔)
 陰極箔は、陽極箔と同様にアルミニウム等の弁作用金属箔からなり、(1)表面にエッチング処理を施したもの、(2)エッチング処理を施さないプレーン箔を用いたもの、(3)前記(1)又は(2)の表面に酸化皮膜を形成したもの、(4)前記(1)、(2)又は(3)の表面にチタンやニッケル等の金属やその炭化物、窒化物、炭窒化物又はこれらの混合物からなる金属薄膜層や、その他カーボン薄膜を形成したものがあげられる。
 陰極箔としては、上記したものがあげられるが、中でもエッチング処理を施し、さらに10V以下の酸化皮膜を形成した金属箔を用いると、固体電解コンデンサのESR特性が良好となり好ましい。また表面に前記金属薄膜層やカーボン薄膜層等の導電材料を形成した金属箔においては、静電容量が向上し、さらには該金属薄膜層やカーボン層が金属箔の表面全面を覆って形成されると、ESR特性も良好となる。
(リード線)
 陽極箔及び陰極箔にはそれぞれの電極を外部に接続するためのリード線が、ステッチ、超音波溶接等の公知の手段により接続されている。このリード線は、アルミニウム等からなり、陽極箔、陰極箔との接続部と外部との電気的な接続を担う外部接続部からなり、巻回又は積層したコンデンサ素子の端面から導出される。
(セパレータ)
 セパレータは、合成繊維の不織布を含むものであり、合成繊維としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、それらの誘導体などのポリエステル系繊維、ビニロン系繊維、脂肪族ポリアミド、半芳香族ポリアミド、全芳香族ポリアミド等のポリアミド系繊維、ポリイミド系繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、トリメチルペンテン繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、アクリル繊維等があげられ、これらの繊維を単独で又は複数の繊維を配合して用いられる。中でも、耐熱性を有し、その分解温度が300℃であるアクリル繊維や、その他、ポリエチレンテレフタレート、アラミド繊維、ポリアミド系繊維が好適である。ここで、半芳香族ポリアミドとは、主鎖の一部に例えば、脂肪鎖などを有するものを指すが、これに限定されるものではない。
(フィブリル状耐熱性合成繊維)
 また、セパレータは、前記合成繊維に、フィブリル状耐熱性合成繊維を配合することもできる。フィブリル状耐熱性合成繊維とは、融点を持たないか、融点が250℃以上の有機繊維である耐熱性合成繊維をフィブリル状にした繊維をいう。フィブリル状とは、繊維の中のフィブリル(小繊維)が摩擦によって表面にあらわれて毛羽立ち、ささくれる現象をいい、主に繊維軸と平行な方向に非常に細かく分割された部分を有する繊維状であり、少なくともその一部が繊維径1μm以下となっている。前記耐熱性繊維としては、例えばパラ型全芳香族ポリアミド、メタ型全芳香族ポリアミド、全芳香族ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ(パラ-フェニレンベンゾビスチアゾール)、ポリ(パラ-フェニレン-2,6-ベンゾビスオキサゾール)、ポリテトラフルオロエチレン、アクリルなどの樹脂からなる単繊維や複合繊維が挙げられる。これらの中でも均一性の高いフィブリル状耐熱性合成繊維が得られやすいパラ型全芳香族ポリアミド繊維や、融点を持たず耐熱性が高くかつ剛性を有するアクリル繊維が好ましい。
 フィブリル状耐熱性合成繊維を、セパレータに30重量%以上配合することで、セパレータの剛性を高めることができるが、セパレータとして、他の合成繊維を含まずフィブリル状耐熱性合成繊維を単独で用いることもできる。
 このフィブリル状耐熱合成繊維を用いることで、セパレータを緻密化して密度を高めることができる。またこのフィブリル状耐熱繊維のフィブリル部(繊維径1μm以下のささくれ部分)によりセパレータが緻密化され、このフィブリル部によって後述する導電性高分子の微粒子が付着して担持されやすく、コンデンサ素子内の導電性高分子の搭載量を高めることができ、固体電解コンデンサの静電容量とESR特性を向上させることができる。
 なお、セパレータには、ポリビニルアルコール、ポリエステル又はポリエチレングリコール等のバインダーを含有させることもできる。バインダーを含有させることで、セパレータの強度を高めることが可能となる。またセパレータとして前記合成繊維にマニラ紙やクラフト紙等のセルロース系繊維を混抄してもよい。ただしセルロース性繊維は後述する導電性高分子の分散溶液への耐性が低いため、セパレータは、合成繊維の不織布を主体とし、これにセルロース繊維を40重量%以下の範囲で配合することが好ましい。
(ポリビニルアルコール)
 また、コンデンサ素子中には、ポリビニルアルコールが含有されている。このポリビニルアルコールは、主に、導電性高分子の分散溶液による導電性高分子層の形成前にコンデンサ素子中に含有されていることが好ましい。さらには、ポリビニルアルコールは、コンデンサ素子を構成する陽極箔又は陰極箔の表面に付着していることが好ましい。このポリビニルアルコールが陽極箔又は陰極箔の表面に付着することで、固体電解コンデンサの耐電圧特性が向上する。これは後述する導電性高分子の分散溶液を用いて形成された導電性高分子層を改質し、導電性高分子層自体の耐電圧が高まると考えられる。
 さらにこのポリビニルアルコールについて検討すると、コンデンサ素子中へのポリビニルアルコールの含有量が多すぎては低周波でのESR特性の上昇や静電容量の減少が生じてしまうことがわかった。したがって、陽極箔又は陰極箔へのポリビニルアルコールの付着やコンデンサ素子中でのポリビニルアルコールの含有を制限することが必要であり、鋭意検討したところ、コンデンサ素子中へのポリビニルアルコールの含有量は、コンデンサ素子体積あたり、11.0mg/cm以下の範囲が好適であることが分かった。さらに、鋭意検討したところ、このポリビニルアルコールが少なすぎると逆に耐電圧特性が向上しにくいことがわかり、コンデンサ素子体積あたり、0.5mg/cm以上含有させると好適である。
(導電性高分子の分散溶液)
 コンデンサ素子に含浸する導電性高分子の分散溶液は、溶媒に導電性高分子の微粒子を分散させた溶液である。この導電性高分子の微粒子は、概してその粒径は、100nm以下と極めて小さいものである。導電性高分子としては、ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアセチレン類、ポリフェニレン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリアニリン類、ポリアセン類、ポリチオフェンビニレン類、及びこれらの共重合体等が挙げられる。中でも重合の容易さ、空気中での安定性の点からは、ポリピロール類、ポリチオフェン類及びポリアニリン類が好ましい。ポリチオフェン類の中では、ポリエチレンジオキシチオフェンが酸化形態で非常に高い導電性を有するので好ましい。導電性高分子の分散溶液の溶媒としては、水及び/又は有機溶剤が挙げられる。この分散溶液には、ポリスチレンスルホン酸等のスルホン酸系のドーパントを含有させることが好ましく、その他、界面活性剤や有機バインダー等を含有させてもよい。この導電性高分子の分散溶液は、pH調整剤等を利用してそのpHと3未満としている。したがって、分散溶液の酸性度は高いものとなっている。また導電性高分子の分散溶液中の導電性高分子の微粒子の濃度は概して1~5wt%の範囲が好ましい。
 この導電性高分子の分散溶液は、pH調整剤等を利用してそのpHと制御することができる。通常、導電性高分子の分散溶液には、ドーパントとして、ポリスチレンスルホン酸等が含まれており、通常この酸が多いと分散溶液のpHが低くなるため、コンデンサ素子に含浸された際にセパレータや陽極箔の酸化皮膜への悪影響等を引き起こし、固体電解コンデンサとしては、ESR特性が悪化すると考えられる。しかしながら、さらにこの導電性高分子の分散溶液を検討したところpHが低くなるほどポリスチレンスルホン酸等のドーパントの量が増えるため、形成される導電性高分子層自体の伝導度が高まることが分かった。そこで、このpHの低い導電性高分子の分散溶液を用いて、セパレータとして合成繊維を含むセパレータを用いると、合成繊維自体の耐酸性が高いため、導電性高分子の分散溶液との反応は抑制され、静電容量やESR特性が改善されるとともに、耐電圧も上昇することが分かった。したがって、この導電性高分子の分散溶液のpHは3未満とすることが好適である。
(含浸-乾燥工程)
 コンデンサ素子に導電性高分子の分散溶液を含浸した後、100~200℃の温度範囲にて乾燥して、導電性高分子の分散溶液から溶媒等を除去して、コンデンサ素子の陽極箔と陰極箔間に導電性高分子層を形成する。ここでいう含浸とは、コンデンサ素子中に分散溶液を含ませる処理をいい、例えば前記コンデンサ素子を分散溶液に浸漬することでコンデンサ素子中に分散溶液を含ませることもできる。なお導電性高分子の分散溶液の導電性高分子の微粒子の濃度は低いため、コンデンサ素子中への導電性高分子の搭載量を確保するにも、上記含浸-乾燥工程は複数回行うことが好ましい。この含浸工程は、常圧化で行うこともできるが、減圧下又は加圧下で行うことで、陽極箔及び陰極箔のエッチングピットの深部にまで、導電性高分子層を形成することができる。
(導電性高分子の搭載量)
 ここでコンデンサ素子中への導電性高分子の搭載量について詳述すると、前述のとおり、導電性高分子の分散溶液の導電性高分子の微粒子の濃度は低いため、コンデンサ素子への導電性高分子の分散溶液の含浸-乾燥工程を複数回行うことで、コンデンサ素子中の導電性高分子の搭載量を増やすことができる。導電性高分子の搭載量を増やすことで、電極箔間や、陽極箔及び陰極箔の表面に形成される導電性高分子層が密になるため、固体電解コンデンサとしての静電容量やtanδ特性、さらにはLC特性やESR特性も改善されることになる。しかしながら、この導電性高分子のコンデンサ素子への搭載量が多すぎると、耐電圧特性が劣化することが分かった。これは、コンデンサ素子中への導電性高分子の搭載量が増えると陽極箔の表面に形成される導電性高分子層の厚みが増えることによる。すなわち、陽極箔の表面には酸化皮膜層が形成されているが、この酸化皮膜に亀裂等が生じると該亀裂部分に電流が集中して発熱等が生じる。この発熱によって前記亀裂部分の周辺の導電性高分子層が絶縁化され、固体電解コンデンサの耐電圧特性は維持できるが、この際に陽極箔の表面に形成された導電性高分子層が厚いと絶縁化しにくくなり、その絶縁化範囲も狭くなり、前記亀裂部分の周辺を含めて導電性高分子層が絶縁化されないため、固体電解コンデンサの耐電圧特性が劣化してしまうと考えられる。
 そこで、鋭意検討したところ、コンデンサ素子に搭載された導電性高分子の搭載量は、コンデンサ素子体積あたり、20mg/cm~40mg/cmの範囲が好適であることが分かった。
(水分量)
 このように導電性高分子層が形成されたコンデンサ素子は、次工程として、乾燥処理が施される。コンデンサ素子中に水分が付着されていると、後工程のエージング時に、陽極箔の酸化皮膜の修復が効率よく行われることになる。しかしながら、この水分の付着量が多いと、コンデンサ素子中に形成された導電性高分子層が水分と反応して劣化し、また固体電解コンデンサの実装時のはんだリフローの熱によって水分が気化して、ケース内の内圧が上昇し、ケースが膨らんでしまう。そこで、コンデンサ素子を乾燥して、コンデンサ素子中の水分量を制御すると好ましい。具体的には、コンデンサ素子中の水分量は、0.1mg以下とすることが好適である。
 コンデンサ素子は、その後、金属ケース等の外装ケースに収納され、該外装ケースの開口部を封口ゴムにて封止するとともに、所定温度にて定格電圧を印加するエージング処理が施される。
 続いて、以下のようにして製造した実施例及び比較例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
(実施例1)表面にエッチング層を形成し、このエッチング層の上に酸化皮膜層を形成したアルミニウムからなる陽極箔と、表面にエッチング層を形成し、このエッチング層の上に5Vの酸化皮膜を形成したアルミニウムからなる陰極箔とを、合成繊維として、半芳香族ポリアミド繊維の不織布を主体として、フィブリル状耐熱性合成繊維を配合し、ポリビニルアルコールをバインダーとして用いたセパレータを介して巻回し、素子形状が5.8φ、高さ3.2Lコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子をリン酸を含有する水溶液中で修復化成し、その後温水にコンデンサ素子を浸漬し、セパレータ中に含まれるポリビニルアルコールを溶解させて陽極箔及び陰極箔の表面に付着させた。このコンデンサ素子を、ポリチオフェン系の微粒子とポリスチレンスルホン酸を水溶液に分散した導電性高分子の分散溶液に浸漬し、コンデンサ素子を引き上げて約150℃で乾燥する。さらにこのコンデンサ素子の導電性高分子の分散溶液への浸漬-乾燥を複数回繰り返して、コンデンサ素子に導電性高分子層を形成した。このコンデンサ素子を有底筒状のアルミニウムケースに挿入し、開口部を絞り加工によってゴム封口してからエージングを行い、固体電解コンデンサを作製した。なお、導電性高分子の分散溶液のpHは2.9とした。また、このコンデンサ素子を分解すると、陽極箔の表面にポリビニルアルコールが付着していることが分かった。さらにコンデンサ素子体積あたりのポリビニルアルコールを測定したところ、0.3mg/cmであった。
(実施例2)コンデンサ素子の素子体積あたりのポリビニルアルコールの含有量を、0.5mg/cmに調整し、その他は実施例1と同様の固体電解コンデンサを作成した。
(実施例3)コンデンサ素子の素子体積あたりのポリビニルアルコールの含有量を、0.8mg/cmに調整し、その他は実施例1と同様の固体電解コンデンサを作成した。
(実施例4)コンデンサ素子の素子体積あたりのポリビニルアルコールの含有量を、1.6mg/cmに調整し、その他は実施例1と同様の固体電解コンデンサを作成した。
(実施例5)コンデンサ素子の素子体積あたりのポリビニルアルコールの含有量を、2.3mg/cmに調整し、その他は実施例1と同様の固体電解コンデンサを作成した。
(実施例6)コンデンサ素子の素子体積あたりのポリビニルアルコールの含有量を、5.0mg/cmに調整し、その他は実施例1と同様の固体電解コンデンサを作成した。
(実施例7)コンデンサ素子の素子体積あたりのポリビニルアルコールの含有量を、11.0mg/cmに調整し、その他は実施例1と同様の固体電解コンデンサを作成した。
(参考例1)セパレータのバインダーとしてポリビニルアルコールを用いず、またコンデンサ素子にポリビニルアルコールを含有させず、その他は実施例1と同様の固体電解コンデンサを作成した。
(参考例2)コンデンサ素子に、コンデンサ素子体積あたり、16.7mg/cmに調整し、その他は実施例1と同様の固体電解コンデンサを作成した。
 以上の実施例1ないし実施例7と参考例1及び参考例2のそれぞれの特性を測定した。その結果を表1に示す。120Hzでの静電容量及び120HzでのESRの初期特性、リフロー後のV-I試験でのショート電圧を測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1より明らかなように、実施例1ないし実施例7の固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子にポリビニルアルコールが付着していない参考例1に比べて、静電容量は同等もしくはやや減少するが、ESR特性やリフロー後のショート電圧は大幅に改善されていることが分かる。また実施例1ないし実施例7の固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子体積あたりのポリビニルアルコールの含有量が多い参考例2に比べて、リフロー後のショート電圧は減少するものの、ESR特性や静電容量は大幅に改善されていることが分かる。なお、コンデンサ素子体積あたりのポリビニルアルコールの含有量が少ない実施例1に比べ他の実施例では、リフロー後のショート電圧が向上していることが分かる。
 次にセパレータ材料と導電性高分子の分散溶液のpHについて検証する。
(実施例8)導電性高分子の分散溶液のpHを2.3とし、その他は実施例6と同様の固体電解コンデンサを作成した。
(実施例9)フィブリル状耐熱性合成繊維を配合させず、半芳香族ポリアミド繊維の不織布を主体としたセパレータとし、その他は実施例6と同様の固体電解コンデンサを作成した。
(比較例1)導電性高分子の分散溶液のpHを4.0とし、その他は実施例6と同様の固体電解コンデンサを作成した。
(比較例2)導電性高分子の分散溶液のpHを6.0とし、その他は実施例6と同様の固体電解コンデンサを作成した。
(参考例3)セパレータをクラフト紙とし、その他は実施例6と同様の固体電解コンデンサを作成した。
 以上の実施例6,実施例8及び実施例9と参考例3のそれぞれの特性を測定した。その結果を以下に示す。120Hzでの静電容量及び100kHzでのESRの初期特性、リフロー後のV-I試験でのショート電圧を測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2より明らかなように、実施例6、実施例8及び実施例9の固体電解コンデンサでは、セルロース繊維を用いた参考例3に比べても静電容量、ESR特性、ショート電圧が大幅に改善されていることが分かる。なお、セルロース繊維を用いた参考例3については、リフロー後に外装ケース膨れが生じていたため、V-I試験でのショート電圧は測定不能だった。さらに、実施例9の固体電解コンデンサでは、セパレータにフィブリル化耐熱性合成繊維を配合していないが、比較例1及び比較例2の固体電解コンデンサに比べて、実施例6と同様に、静電容量が減少するものの、ESR特性やショート電圧が大幅に改善されていることがわかる。また実施例6及び実施例8の固体電解コンデンサを検討すると、セパレータとして、フィブリル化耐熱性合成繊維を配合することによって、静電容量及びESR特性が改善されることが分かる。
 次にコンデンサ素子体積あたりの導電性高分子の搭載量について、検証する。
(実施例6)実施例6で作成したコンデンサ素子中に含まれる導電性高分子の搭載量を測定したところ、コンデンサ素子体積あたり、33.4mg/cmであった。
(実施例10)コンデンサ素子に、コンデンサ素子体積あたり、20.0mg/cmの導電性高分子を搭載させ、その他は実施例6と同様の固体電解コンデンサを作成した。
(実施例11)コンデンサ素子に、コンデンサ素子体積あたり、40.0mg/cmの導電性高分子を搭載させ、その他は実施例6と同様の固体電解コンデンサを作成した。
(参考例4)コンデンサ素子に、コンデンサ素子体積あたり、7.4mg/cmの導電性高分子を搭載させ、その他は実施例6と同様の固体電解コンデンサを作成した。
(参考例5)コンデンサ素子に、コンデンサ素子体積あたり、44.1mg/cmの導電性高分子を搭載させ、その他は実施例6と同様の固体電解コンデンサを作成した。
 以上の実施例6、実施例10及び実施例11と参考例4及び参考例5のそれぞれの特性を測定した。その結果を表3に示す。120Hzでの静電容量及びTanδの初期特性、リフロー後のV-I試験でのショート電圧を測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3より明らかなように、実施例6、実施例10及び実施例11の固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子体積あたりの導電性高分子の搭載量が少ない参考例4に比べて、リフロー後のショート電圧はやや減少するものの、静電容量およびTanδ特性は大幅に改善されていることが分かる。また実施例6、実施例10及び実施例11の固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子体積あたりの導電性高分子の搭載量が多い参考例5に比べて、静電容量及びTanδは同等もしくはやや減少するものの、リフロー後のショート電圧は大幅に改善されていることが分かる。

Claims (7)

  1.  陽極箔と陰極箔との間にセパレータが配置されたコンデンサ素子に、導電性高分子の分散溶液を含浸して導電性高分子層を形成するとともに、コンデンサ素子体積あたり、11.0mg/cm以下の範囲でポリビニルアルコールが含有されている固体電解コンデンサ。
  2.  前記導電性高分子の分散溶液のpHが3未満である請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
  3.  前記セパレータが合成繊維の不織布を含む請求項1又は2に記載の固体電解コンデンサ。
  4.  前記セパレータがフィブリル状耐熱性合成繊維を含む請求項1ないし3に記載の固体電解コンデンサ。
  5.  前記コンデンサ素子に含まれる水分が0.1mg以下である請求項1ないし4いずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
  6.  前記陰極箔は、表面にエッチング層と該エッチング層上に10V以下の酸化皮膜が形成されている請求項1ないし5いずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
  7.  前記コンデンサ素子に搭載された導電性高分子の搭載量は、コンデンサ素子体積あたり、20mg/cm~40mg/cmの範囲である請求項1ないし6いずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
PCT/JP2011/001643 2010-03-23 2011-03-18 固体電解コンデンサ WO2011118189A1 (ja)

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010065478A JP5921802B2 (ja) 2010-03-23 2010-03-23 固体電解コンデンサ
JP2010-065478 2010-03-23
JP2010065475A JP2011199086A (ja) 2010-03-23 2010-03-23 固体電解コンデンサ
JP2010065477A JP2011199088A (ja) 2010-03-23 2010-03-23 固体電解コンデンサ
JP2010-065475 2010-03-23
JP2010-065477 2010-03-23
JP2010065476A JP2011199087A (ja) 2010-03-23 2010-03-23 固体電解コンデンサ
JP2010-065476 2010-03-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011118189A1 true WO2011118189A1 (ja) 2011-09-29

Family

ID=44672767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/001643 WO2011118189A1 (ja) 2010-03-23 2011-03-18 固体電解コンデンサ

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TWI579877B (ja)
WO (1) WO2011118189A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014183235A (ja) * 2013-03-19 2014-09-29 Nippon Kodoshi Corp コンデンサ用セパレータおよび該セパレータよりなるコンデンサ
CN113228212A (zh) * 2018-12-26 2021-08-06 日本高度纸工业株式会社 铝电解电容器用分隔件及铝电解电容器

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7496519B2 (ja) * 2019-01-31 2024-06-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 導電性高分子分散液、電解コンデンサならびに電解コンデンサの製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002313683A (ja) * 2001-04-12 2002-10-25 Fujitsu Media Device Kk 固体電解コンデンサの製造方法
JP2004235293A (ja) * 2003-01-29 2004-08-19 Mitsubishi Paper Mills Ltd 固体電解コンデンサ用セパレーター
JP2005294503A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Nippon Chemicon Corp 固体電解コンデンサの製造方法
JP2007036282A (ja) * 2006-09-29 2007-02-08 Nippon Chemicon Corp 固体電解コンデンサ用電極箔とその製造方法
JP2007297637A (ja) * 2005-02-16 2007-11-15 Nissan Chem Ind Ltd 固有導電性高分子の有機溶媒分散液

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002313683A (ja) * 2001-04-12 2002-10-25 Fujitsu Media Device Kk 固体電解コンデンサの製造方法
JP2004235293A (ja) * 2003-01-29 2004-08-19 Mitsubishi Paper Mills Ltd 固体電解コンデンサ用セパレーター
JP2005294503A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Nippon Chemicon Corp 固体電解コンデンサの製造方法
JP2007297637A (ja) * 2005-02-16 2007-11-15 Nissan Chem Ind Ltd 固有導電性高分子の有機溶媒分散液
JP2007036282A (ja) * 2006-09-29 2007-02-08 Nippon Chemicon Corp 固体電解コンデンサ用電極箔とその製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014183235A (ja) * 2013-03-19 2014-09-29 Nippon Kodoshi Corp コンデンサ用セパレータおよび該セパレータよりなるコンデンサ
CN113228212A (zh) * 2018-12-26 2021-08-06 日本高度纸工业株式会社 铝电解电容器用分隔件及铝电解电容器
EP3905290A4 (en) * 2018-12-26 2022-09-21 Nippon Kodoshi Corporation SEPARATOR FOR ALUMINUM ELECTROLYTE CAPACITOR AND ALUMINUM ELECTROLYTE CAPACITOR
CN113228212B (zh) * 2018-12-26 2022-12-23 日本高度纸工业株式会社 铝电解电容器用分隔件及铝电解电容器

Also Published As

Publication number Publication date
TW201222600A (en) 2012-06-01
TWI579877B (zh) 2017-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011199088A (ja) 固体電解コンデンサ
JP2011199087A (ja) 固体電解コンデンサ
JP2011199086A (ja) 固体電解コンデンサ
CN108292565B (zh) 电解电容器
JP5934878B2 (ja) 電解コンデンサおよびその製造方法
WO2011121995A1 (ja) 固体電解コンデンサ
KR20010086016A (ko) 고체 전해 콘덴서와 그 제조 방법, 및 도전성 고분자중합용 산화제용액
JP5921802B2 (ja) 固体電解コンデンサ
JP2014123685A (ja) 電解コンデンサ及びその製造方法
US20170053745A1 (en) Electrolytic capacitor manufacturing method
JP7233016B2 (ja) 電解コンデンサおよびその製造方法
JP2011216752A (ja) 固体電解コンデンサ
US20170278639A1 (en) Method for producing electrolytic capacitor
JP2009266926A (ja) 固体電解コンデンサおよびその製造方法
JP4726794B2 (ja) 固体電解コンデンサ
JP2010245150A (ja) 固体電解コンデンサおよびその製造方法
JP4794914B2 (ja) 電解コンデンサ
WO2021166927A1 (ja) 電解コンデンサおよびその製造方法
WO2011118189A1 (ja) 固体電解コンデンサ
JP3965871B2 (ja) 固体電解コンデンサおよびその製造方法
JP2022117355A (ja) 電解コンデンサおよびその製造方法
JP2010239062A (ja) 電解コンデンサ用セパレータおよび電解コンデンサ
WO2022045122A1 (ja) 電解コンデンサ及び電解コンデンサの製造方法
CN100538943C (zh) 导电性隔离物和使用其的电解电容器
WO2020158780A1 (ja) 電解コンデンサおよびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11758999

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11758999

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1