WO2013054691A1 - アルミニウム電解コンデンサ用電解液、及びそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ - Google Patents

アルミニウム電解コンデンサ用電解液、及びそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ Download PDF

Info

Publication number
WO2013054691A1
WO2013054691A1 PCT/JP2012/075482 JP2012075482W WO2013054691A1 WO 2013054691 A1 WO2013054691 A1 WO 2013054691A1 JP 2012075482 W JP2012075482 W JP 2012075482W WO 2013054691 A1 WO2013054691 A1 WO 2013054691A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
acid
electrolytic solution
boric acid
electrolyte
solution according
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/075482
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
慶彦 赤澤
Original Assignee
三洋化成工業株式会社
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
Application filed by 三洋化成工業株式会社 filed Critical 三洋化成工業株式会社
Priority to EP12839505.0A priority Critical patent/EP2767994B1/en
Priority to JP2013538501A priority patent/JP6104809B2/ja
Priority to CN201280048547.8A priority patent/CN103843091B/zh
Priority to US14/351,554 priority patent/US9281130B2/en
Publication of WO2013054691A1 publication Critical patent/WO2013054691A1/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
    • H01G9/022Electrolytes; Absorbents
    • H01G9/035Liquid electrolytes, e.g. impregnating materials
    • 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
    • H01G9/042Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material
    • H01G9/045Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material based on aluminium
    • 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
    • H01G9/145Liquid electrolytic capacitors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to an electrolytic solution for an aluminum electrolytic capacitor and an aluminum electrolytic capacitor using the same.
  • Aluminum electrolytic capacitors are widely used in automobiles and home appliances. 2. Description of the Related Art In recent years, with the increase in operating voltage of in-vehicle electrical equipment power supplies and digital home appliances, there has been a demand for an electrolytic solution with a high spark voltage with little deterioration in the characteristics of the electrolytic solution in an aluminum electrolytic capacitor.
  • Patent Document 1 discloses a compound having a substituted amidine group, for example, a quaternary ammonium cation such as 1-methylimidazole and 1,2-dimethylimidazoline and an alkyl phosphate anion.
  • An electrolytic solution containing an electrolyte and an organic solvent is disclosed.
  • the electrolyte solution has little deterioration in characteristics and a high spark voltage, however, it has a problem that it suddenly shorts and is difficult to use in practice.
  • An object of the present invention is to provide an electrolytic solution for an aluminum electrolytic capacitor that causes little deterioration in characteristics of the electrolytic solution, has a high spark voltage, and does not short-circuit even when the working voltage is high, and an aluminum electrolytic capacitor using the electrolytic solution.
  • the present invention provides at least one alkyl phosphate anion (A) selected from the group consisting of an anion represented by the following general formula (1) and an anion represented by the following general formula (2) and an amidinium cation ( B) an electrolyte comprising (C), At least one boric acid compound (F) selected from the group consisting of boric acid and boric acid ester (F1), C2-C15 carboxylic acid (D) consisting only of carbon, oxygen and hydrogen atoms, and organic solvent (E) An electrolytic solution for an aluminum electrolytic capacitor comprising: an aluminum electrolytic capacitor using the electrolytic solution.
  • R1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
  • R2 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R3 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
  • the electrolytic solution of the present invention has little deterioration in the characteristics of the electrolytic solution, has a high spark voltage, and does not short-circuit even when the working voltage is high.
  • the alkyl phosphate ester anion (A) of the electrolyte (C) constituting the electrolytic solution of the present invention is an anion represented by the general formula (1), an anion represented by the general formula (2), or a mixed anion thereof.
  • the carbon number of the alkyl group is 1 to 10, preferably 1 to 8, more preferably 1 to 1, from the viewpoint of specific conductivity and spark voltage. 6, particularly preferably 1 to 4.
  • specific conductivity and spark voltage become high, so that carbon number is small, and heat resistance becomes high, so that carbon number is large.
  • alkyl phosphate ester anion (A) examples include (1) a monoanion and dianion of a monoalkyl phosphate ester, and (2) a monoanion of a dialkyl phosphate ester. Specific examples of the alkyl phosphate ester anion (A) are shown below.
  • Monoalkyl phosphate ester ⁇ corresponding to alkyl phosphate ester anion (dianion) represented by general formula (1) and alkyl phosphate ester (R3 is hydrogen atom; monoanion) represented by general formula (2) .
  • Dialkyl phosphate ester corresponds to the alkyl phosphate anion (monoanion) represented by the general formula (2). ⁇ Dimethyl phosphate ester, diethyl phosphate ester, ethyl methyl phosphate ester, butyl methyl phosphate ester, ethyl butyl phosphate ester, dipropyl phosphate ester [di (n-propyl) phosphate ester, di (iso-propyl) phosphate Ester], dibutyl phosphate [di (n-butyl) phosphate, di (iso-butyl) phosphate, and di (tert-butyl) phosphate], dipentyl phosphate, dihexyl phosphate, diheptyl phosphate Acid ester, dioctyl phosphate [bis (2-ethylhexyl) phosphate, etc.] and the like.
  • the alkyl phosphate ester anion (A) may be used singly or in combination, or may be a mixture of a monoanion and a dianion.
  • a monoanion in which R2 and R3 are alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms is preferable, and a dimethylphosphate anion, a diethylphosphate anion, and di (n-propyl) are more preferable.
  • alkyl phosphate ester is a mixture of monoalkyl phosphate ester, dialkyl phosphate ester, and trialkyl phosphate ester.
  • alkyl phosphate ester anion (A) It is preferable to use dialkyl phosphate esters.
  • the method for obtaining the dialkyl phosphate anion is not particularly limited, but by mixing an amidinium salt ⁇ monomethyl carbonate, hydroxide salt, etc.] with a commercially available trialkyl phosphate ester, and performing hydrolysis, A method of obtaining a salt of an amidinium cation and a dialkyl phosphate anion is preferred.
  • the amidinium cation (B) includes a cyclic amidinium cation. Specific examples of the amidinium cation (B) are shown below.
  • Imidazolinium cation 1,2,3,4-tetramethylimidazolinium, 1,3,4-trimethyl-2-ethylimidazolinium, 1,3-dimethyl-2,4-diethylimidazolinium 1,2-dimethyl-3,4-diethylimidazolinium, 1-methyl-2,3,4-triethylimidazolinium, 1,2,3,4-tetraethylimidazolinium, 1,2,3- Trimethylimidazolinium, 1,3-dimethyl-2-ethylimidazolinium, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolinium, 1,2,3-triethylimidazolinium, 4-cyano-1,2, 3-trimethylimidazolinium, 3-cyanomethyl-1,2-dimethylimidazolinium, 2-cyanomethyl-1,3-dimethylimidazolinium, 4-acetate Til-1,2,3-trimethylimidazolinium, 3-acetylmethyl-1,2-d
  • amidinium cation (B) may be used alone or in combination of two or more. Of the above, (1) imidazolinium cation and (2) imidazolium cation are preferred. Of these, 1,2,3,4-tetramethylimidazolinium, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolinium, 1-ethyl-3-methylimidazolium, 1-ethyl-2,3 -Dimethylimidazolium.
  • Examples of the combination of the alkyl phosphate anion (A) and the amidinium cation (B) include a monoanion and a monocation, a dianion and a monocation, a mixture of a monoanion and a dianion, and a monocation.
  • a salt of a monoanion and a monocation is preferable, and specific examples of this salt are described below.
  • the carboxylic acid (D) is a carboxylic acid consisting only of carbon, oxygen and hydrogen atoms, and includes (1) a divalent to tetravalent polycarboxylic acid and (2) a monocarboxylic acid.
  • the carboxylic acid (D) has 2 to 15 carbon atoms, and is more preferably 4 to 10 from the viewpoint of specific conductivity.
  • the acid dissociation index (pKa) is 3.8 to 5.5, but 4.0 to 5.2 is more preferable from the viewpoint of long-term stability.
  • Carboxylic acid (D) may use together 1 type, or 2 or more types.
  • carboxylic acid (D) is added, the alkyl phosphate anion (A) is stabilized, so that the decomposition of the alkyl phosphate anion (A) can be suppressed, the electrolytic solution has less characteristic deterioration, the spark voltage is high, And even if the operating voltage is high, there is no short circuit.
  • Specific examples of the carboxylic acid (D) are shown below.
  • Divalent to tetravalent polycarboxylic acids examples include saturated polycarboxylic acids (succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, etc.), unsaturated polycarboxylic acids
  • Aromatic polycarboxylic acids such as carboxylic acids (maleic acid, citraconic acid, fumaric acid, itaconic acid, etc.) include phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, trimellitic acid, and pyromellitic acid.
  • Monocarboxylic acid examples include saturated monocarboxylic acids (formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, uraric acid, myristic acid.
  • Aromatic monocarboxylic acids such as acid, stearic acid, behenic acid, etc.
  • unsaturated monocarboxylic acids include benzoic acid, cinnamic acid, and naphthoic acid.
  • carboxylic acid (D) an aliphatic polycarboxylic acid is preferable, and a divalent aliphatic carboxylic acid (specifically, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, and the like) is further included. preferable.
  • Organic solvent (E) examples include (1) alcohol, (2) ether, (3) amide, (4) oxazolidinone, (5) lactone, (6) nitrile, (7) carbonate, (8) sulfone, and (9 ) Other organic solvents are included. Specific examples of the organic solvent (E) are shown below.
  • Alcohol Monohydric alcohol methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, diacetone alcohol, benzyl alcohol, amino alcohol, furfuryl alcohol, etc.
  • Dihydric alcohol ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, hexylene) Glycol, etc.
  • trihydric alcohol glycerin, etc.
  • tetravalent or higher alcohol hexitol, etc.
  • Ether monoether ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, tetrahydrofuran, 3-methyltetrahydrofuran, etc.
  • diether ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol mono Ethyl ether
  • triether diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, etc.
  • Amide formamide N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N-ethylformamide, N, N-diethylformamide, etc.
  • acetamide N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N-ethylacetamide) N, N-diethylacetamide
  • propionamide N, N-dimethylpropionamide, etc.
  • pyrrolidone N-methylpyrrolidone, N-ethylpyrrolidone, etc.
  • hexamethylphosphorylamide etc.
  • Lactone ⁇ -butyrolactone hereinafter referred to as GBL
  • GBL Lactone ⁇ -butyrolactone
  • ⁇ -acetyl- ⁇ -butyrolactone ⁇ -butyrolactone
  • ⁇ -valerolactone ⁇ -valerolactone
  • Organic solvent (E) may be used alone or in combination of two or more.
  • alcohol, lactone and sulfone are preferable
  • GBL, sulfolane and ethylene glycol are more preferable
  • a mixed solvent of GBL and ethylene glycol is particularly preferable.
  • the content of the carboxylic acid (D) is preferably 0.5 to 5% by weight, more preferably 1 to 3% by weight, based on the total weight of the electrolyte (C) and the organic solvent (E). More preferably, it is 1.5 to 3% by weight.
  • the content of (D) is 0.5% by weight or more, there is little risk of short-circuiting, and when it is 5% by weight or less, characteristic deterioration can be reduced.
  • the electrolyte (C) is preferably 5 to 70% by weight, particularly preferably 10 to 40%, based on the total weight of the electrolyte (C) and the organic solvent (E), from the viewpoint of specific conductivity and solubility in an organic solvent. % By weight.
  • the content of the organic solvent (E) is preferably 30 to 95% by weight, particularly preferably 60 to 90% by weight, based on the total weight of the electrolyte (C) and the organic solvent (E), from the viewpoint of specific conductivity. It is.
  • the boric acid compound (F) is at least one selected from the group consisting of boric acid and a boric acid ester (F1).
  • Boric acid ester (F1) is an esterified product of boric acid and alcohol (G).
  • alcohol (G) (1) monohydric alcohol and (2) polyhydric alcohol are contained. Two or more kinds of these alcohols (G) may be combined.
  • the boric acid ester (F1) is preferably a reaction product obtained by reacting a monohydric alcohol and / or a polyhydric alcohol with boric acid. Specific examples of alcohol (G) are shown below.
  • Monohydric alcohols include the following alcohols having 1 to 10 carbon atoms and monoalkyl ethers of glycols. Specifically, methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether and the like.
  • polyhydric alcohol examples include the following alcohols having 1 to 10 carbon atoms. Specifically, dihydric alcohol (ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, hexylene glycol, etc.), trihydric alcohol (glycerin, etc.), tetravalent or higher alcohol (hexitol, etc.), etc.
  • the boric acid ester (F1) is preferably obtained by reacting the alcohol (G) with boric acid under the following reaction conditions, for example.
  • the reaction product is a mixture of many kinds of compounds and is difficult to describe accurately in terms of composition.
  • Reaction conditions Boric acid and alcohol (G) are mixed, the mixture is heated to 60 to 90 ° C., and gradually reduced in pressure to 4.0 to 6.0 kPa for esterification (dehydration). After reaching the target pressure, the mixture is further heated to 100 to 110 ° C. for esterification.
  • the boric acid ester (F1) can be obtained by reacting at 4.0 to 6.0 kPa until the water and low-boiling components are distilled off.
  • the feed ratio of each raw material during the production of the boric acid ester (F1) is 25 to 70% by weight, more preferably 40 to 60% by weight of boric acid.
  • a mixed solvent of a dihydric alcohol and a lactone as boric acid and (E), a boric acid ester (F1) and a lactone solvent, a boric acid ester (F1) And (E) are preferably a combination of a mixed solvent of a dihydric alcohol and a lactone, a mixed solvent of boric acid and (E) as ⁇ -butyrolactone and ethylene glycol, and a boric acid ester (F1) and (E) as ⁇ -
  • a combination of a mixed solvent of butyrolactone and ethylene glycol is more preferable, and a combination of a mixed solvent of ⁇ -butyrolactone and ethylene glycol as boric acid and (E) is particularly preferable.
  • the molar ratio of the anion to the cation (anion / cation) in the electrolyte (C) is preferably 0.8 to 1.2 from the viewpoint of corrosion of the capacitor member ⁇ sealing rubber of aluminum electrolytic capacitor, aluminum oxide foil, etc. ⁇ . More preferably, it is 0.9 to 1.1, and particularly preferably 0.95 to 1.05.
  • the molar ratio is 0.8 to 1.2, the liquidity of the electrolytic solution is not biased to alkalinity, and the butyl rubber that is the sealing rubber of the aluminum electrolytic capacitor is not easily deteriorated. As a result, the electrolytic solution leaks from the capacitor. Defects are less likely to occur. Further, the liquidity of the electrolytic solution is not acidic, and the aluminum oxide foil of the anode is not easily corroded. As a result, problems such as short-circuits are less likely to occur.
  • the electrolyte of the present invention preferably further contains water.
  • water When water is contained, the chemical property of the capacitor member ⁇ aluminum oxide foil or the like as the anode foil ⁇ ⁇ the property of forming an oxide film and repairing it if there is a defect portion on the surface of the anode foil ⁇ can be improved.
  • the content of water is large, hydrolysis of the alkyl phosphate anion tends to proceed, and phosphoric acid produced by hydrolysis corrodes the capacitor member. Therefore, when water is contained, the content of water is preferably 0.01 to based on the total weight of the electrolyte (C), the boric acid compound (F), the carboxylic acid (D) and the organic solvent (E).
  • various additives usually used in the electrolytic solution can be added as necessary.
  • the additive include nitro compounds (eg, o-nitrobenzoic acid, p-nitrobenzoic acid, m-nitrobenzoic acid, o-nitrophenol, p-nitrophenol).
  • the addition amount is preferably 5% by weight or less, particularly preferably 2% by weight or less based on the total weight of the electrolyte (C) and the organic solvent (E) from the viewpoint of specific conductivity and solubility in the electrolyte. Good.
  • the electrolytic solution of the present invention is suitable for an aluminum electrolytic capacitor.
  • the aluminum electrolytic capacitor is not particularly limited, and examples thereof include a scraped aluminum electrolytic capacitor.
  • a capacitor constituted by winding an anode (aluminum oxide foil) having an aluminum oxide formed on the anode surface and a cathode aluminum foil with a separator interposed between them.
  • the separator is impregnated with the electrolytic solution of the present invention as a driving electrolytic solution, and is housed in a bottomed cylindrical aluminum case together with a positive electrode, and then the aluminum case opening is sealed with a sealing rubber to form an aluminum electrolytic capacitor. be able to.
  • Triethyl phosphate (TEP: manufactured by Daihachi Chemical Industry Co., Ltd.) (0.1 mol) and diethylamine (0.15 mol) were stirred in a pressure vessel at 100 ° C. for 20 hours to obtain a mixture of diethyl phosphate and triethylamine. .
  • a methanol solution of 1,2,3,4-tetramethylimidazolinium methyl carbonate salt (0.1 mol) was added to perform a salt exchange reaction, and 1,2,3,4-tetramethylimidazolinium.
  • -A methanol solution of diethyl phosphate monoanion was obtained.
  • the above solution was heated at a reduced pressure of 1.0 kPa or less at 80 ° C.
  • Example 1 20.0 g of electrolyte (C-1) and 2.0 g of azelaic acid (D-1) were dissolved in 73.0 g of organic solvent (E-1) (GBL), and borate ester (F1-1) was added to obtain an electrolytic solution of the present invention.
  • Example 2 20.0 g of the electrolyte (C-1) and 2.0 g of azelaic acid (D-1) were mixed with an organic solvent (E-2) (a mixed solvent of GBL 68.0 g and ethylene glycol 5.0 g (weight ratio 93: 7)). In addition, 5.0 g of borate ester (F1-1) was added to obtain the electrolytic solution of the present invention.
  • E-2 organic solvent
  • F1-1 borate ester
  • Example 3 20.0 g of electrolyte (C-1) and 2.0 g of adipic acid (D-2) were mixed with organic solvent (E-3) (68.0 g of GBL and 6.0 g of ethylene glycol (weight ratio 92: 8). )) And 4.0 g of borate ester (F1-2) was further added to obtain the electrolytic solution of the present invention.
  • Example 4 20.0 g of electrolyte (C-1) and 1.5 g of adipic acid (D-2) were mixed with 75 g of organic solvent (E-4) (67.5 g of GBL and 7.5 g of ethylene glycol (weight ratio 90:10). )), 3.5 g of boric acid was further added, and the mixture was stirred and dissolved at 100 ° C. for 10 minutes to obtain the electrolytic solution of the present invention.
  • Example 5 20.0 g of electrolyte (C-1) and 0.6 g of adipic acid (D-2) were dissolved in 75.9 g of organic solvent (E-4), and 3.5 g of boric acid was added.
  • the electrolyte solution of the present invention was obtained by stirring and dissolving for 10 minutes.
  • Example 6 20.0 g of electrolyte (C-1) and 4.5 g of adipic acid (D-2) were dissolved in 72 g of organic solvent (E-4), and 3.5 g of boric acid was added, and the mixture was added at 100 ° C. for 10 minutes.
  • the electrolytic solution of the present invention was obtained by stirring and dissolving.
  • Example 7 20.0 g of the electrolyte (C-1) and 1.5 g of benzoic acid (D-3) were dissolved in 75 g of an organic solvent (E-4), and 3.5 g of boric acid was added, and the mixture was added at 100 ° C. for 10 minutes.
  • the electrolytic solution of the present invention was obtained by stirring and dissolving.
  • Example 8 20.0 g of the electrolyte (C-1) and 0.3 g of adipic acid (D-2) were dissolved in 76.2 g of the organic solvent (E-4), and 3.5 g of boric acid was further added.
  • the electrolyte solution of the present invention was obtained by stirring and dissolving for 10 minutes.
  • Example 9 20.0 g of electrolyte (C-1) and 5.5 g of adipic acid (D-2) were dissolved in 71 g of organic solvent (E-4), and 3.5 g of boric acid was added, and the mixture was added at 100 ° C. for 10 minutes.
  • the electrolytic solution of the present invention was obtained by stirring and dissolving.
  • a winding aluminum electrolytic capacitor (rated voltage 100 V, capacitance 30 ⁇ F, size: ⁇ 10 mm ⁇ L10 mm) was prepared using the electrolytic solutions of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3. Peroxide-vulcanized butyl rubber was used as the sealing rubber.
  • the produced aluminum electrolytic capacitor was measured by the following measurement method, at the start of the heat test (left at 125 ° C.), after 1000 hours, after 2000 hours, the capacitance (C), the rate of change ( ⁇ C%), The loss angle tangent (tan ⁇ ) and leakage current (LC) were measured.
  • the capacitance (C), the capacitance change rate ( ⁇ C%), and the tangent (tan ⁇ ) of the loss angle were measured using an LCR meter (4284A, manufactured by Agilent Technologies) at a frequency of 100 kHz.
  • the leakage current (LC) measured the electric current value 1 minute after applying a rated voltage. The results are shown in Table 2.
  • Examples 1 to 9 have a low leakage current (LC) in the initial stage, so there is little risk of short circuit.
  • Examples 1 to 7 and 9 also have a low leakage current (LC) even in 2000 hours. It can be said that there is less danger of a short circuit.
  • Examples 1 to 9 have an initial loss angle tangent (tan ⁇ ) that is smaller than that of Comparative Example 3, so that the characteristic deterioration is small.
  • Examples 1 to 8 further have a small tan ⁇ even after 2000 hours. It can be seen that the characteristic deterioration is even less.
  • the aluminum electrolytic capacitor using the electrolytic solution of the present invention is highly reliable and can be used for cars and home appliances with a high operating voltage.

Landscapes

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

Abstract

 本発明は、電解液の特性劣化が少なく、火花電圧が高く、かつ使用電圧が高い場合でもショートしないアルミニウム電解コンデンサ用電解液、及びそれを用いたアルミニウム電解コンデンサを提供する。該電解液は、少なくとも一つのアルキルリン酸エステルアニオン(A)とアミジニウムカチオン(B)とからなる電解質(C)、ホウ酸及びホウ酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一つのホウ酸化合物(F)、炭素原子、酸素原子及び水素原子のみからなり炭素数2~15のカルボン酸(D)、並びに有機溶媒(E)を含有する。

Description

アルミニウム電解コンデンサ用電解液、及びそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ
 本発明は、アルミニウム電解コンデンサ用電解液及びそれを用いたアルミニウム電解コンデンサに関するものである。
 アルミニウム電解コンデンサは、自動車や家電製品等において広く用いられている。近年、車載電装用電源やデジタル家電の使用電圧の上昇に伴い、アルミニウム電解コンデンサにおいて、電解液の特性劣化が少なく、火花電圧が高い電解液が要望されてきている。
 アルミニウム電解コンデンサ用電解液として、特許文献1に、置換アミジン基を有する化合物、たとえば、1-メチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾリン等、の4級アンモニウムカチオンとアルキルリン酸エステルアニオンから構成される電解質と、有機溶媒とを含有する電解液が開示されている。上記電解液は、特性劣化が少なく、火花電圧は高いけれども、しかしながら、突発的にショートが起こり、実用上使用しにくいという問題点があった。
特開2008-135693
 本発明の目的は、電解液の特性劣化が少なく、火花電圧が高く、かつ使用電圧が高い場合でもショートしないアルミニウム電解コンデンサ用電解液、及びそれを用いたアルミニウム電解コンデンサを提供することである。
 本発明は、下記一般式(1)で表されるアニオン及び下記一般式(2)で表されるアニオンからなる群より選ばれる少なくとも一つのアルキルリン酸エステルアニオン(A)とアミジニウムカチオン(B)とからなる電解質(C)、
 ホウ酸及びホウ酸エステル(F1)からなる群より選ばれる少なくとも一つのホウ酸化合物(F)、
 炭素原子、酸素原子及び水素原子のみからなり炭素数2~15のカルボン酸(D)、並びに
 有機溶媒(E)
を含有するアルミニウム電解コンデンサ用電解液;該電解液を用いてなるアルミニウム電解コンデンサである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 式(1)中、R1は炭素数1~10のアルキル基である。
 式(2)中、R2は炭素数1~10のアルキル基、R3は水素原子又は炭素数1~10のアルキル基である。
 本発明の電解液は、電解液の特性劣化が少なく、火花電圧が高く、かつ使用電圧が高い場合でもショートしない。
<アルキルリン酸エステルアニオン(A)>
 本発明の電解液を構成する電解質(C)のアルキルリン酸エステルアニオン(A)は、上記一般式(1)で表されるアニオン、上記一般式(2)で表されるアニオンまたはその混合アニオンであり、アルキル基(R1、R2、及びR3がアルキル基の場合)の炭素数は、比電導度と火花電圧の観点から、1~10であり、好ましくは1~8、さらに好ましくは1~6、特に好ましくは1~4である。なお、炭素数が小さいほど、比電導度と火花電圧は高くなり、炭素数が大きいほど、耐熱性は高くなる。
 アルキルリン酸エステルアニオン(A)としては、(1)モノアルキルリン酸エステルのモノアニオン及びジアニオン、並びに(2)ジアルキルリン酸エステルのモノアニオンが含まれる。以下にアルキルリン酸エステルアニオン(A)の具体例を示す。
(1)モノアルキルリン酸エステル{一般式(1)で示されるアルキルリン酸エステルアニオン(ジアニオン)及び一般式(2)で示されるアルキルリン酸エステル(R3が水素原子;モノアニオン)に対応する。}
 モノメチルリン酸エステル、モノエチルリン酸エステル、モノプロピルリン酸エステル[モノ(n-プロピル)リン酸エステル、モノ(iso-プロピル)リン酸エステル]、モノブチルリン酸エステル[モノ(n-ブチル)リン酸エステル、モノ(iso-ブチル)リン酸エステル、及びモノ(tert-ブチル)リン酸エステル]、モノペンチルリン酸エステル、モノヘキシルリン酸エステル、モノへプチルリン酸エステル、モノオクチルリン酸エステル[モノ(2-エチルヘキシル)リン酸エステル等]等。
(2)ジアルキルリン酸エステル{一般式(2)で示されるアルキルリン酸エステルアニオン(モノアニオン)に対応する。}
 ジメチルリン酸エステル、ジエチルリン酸エステル、エチルメチルリン酸エステル、ブチルメチルリン酸エステル、エチルブチルリン酸エステル、ジプロピルリン酸エステル[ジ(n-プロピル)リン酸エステル、ジ(iso-プロピル)リン酸エステル]、ジブチルリン酸エステル[ジ(n-ブチル)リン酸エステル、ジ(iso-ブチル)リン酸エステル、及びジ(tert-ブチル)リン酸エステル]、ジペンチルリン酸エステル、ジヘキシルリン酸エステル、ジヘプチルリン酸エステル、ジオクチルリン酸エステル[ビス(2-エチルヘキシル)リン酸エステル等]等。
 アルキルリン酸エステルアニオン(A)は、一種または二種以上を併用してもよく、またモノアニオンとジアニオンの混合物でもよい。
 これらのうち、一般式(2)において、R2及びR3が炭素数1~8のアルキル基であるモノアニオンが好ましく、さらに好ましくはジメチルリン酸エステルアニオン、ジエチルリン酸エステルアニオン、ジ(n-プロピル)リン酸エステルアニオン、ジ(iso-プロピル)リン酸エステルアニオン、ジ(n-ブチル)リン酸エステルアニオン、ジ(iso-ブチル)リン酸エステルアニオン、ジ(tert-ブチル)リン酸エステルアニオン及びビス(2-エチルヘキシル)リン酸エステルアニオンである。
 一般に工業的に入手できるアルキルリン酸エステルは、モノアルキルリン酸エステル、ジアルキルリン酸エステル、及びトリアルキルリン酸エステルの混合物であるが、本発明において、アルキルリン酸エステルアニオン(A)としては、ジアルキルリン酸エステルを使用することが好ましい。ジアルキルリン酸エステルアニオンを得る方法は特に限定されないが、アミジニウム塩{モノメチル炭酸塩、水酸化物塩等}と工業的に入手できるトリアルキルリン酸エステルとを混合し、加水分解を行うことにより、アミジニウムカチオンとジアルキルリン酸エステルアニオンとの塩を得る方法が好ましい。
<アミジニウムカチオン(B)>
 アミジニウムカチオン(B)としては、環状アミジニウムカチオンが含まれる。以下にアミジニウムカチオン(B)の具体例を示す。
(1)イミダゾリニウムカチオン
 1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム、1,3,4-トリメチル-2-エチルイミダゾリニウム、1,3-ジメチル-2,4-ジエチルイミダゾリニウム、1,2-ジメチル-3,4-ジエチルイミダゾリニウム、1-メチル-2,3,4-トリエチルイミダゾリニウム、1,2,3,4-テトラエチルイミダゾリニウム、1,2,3-トリメチルイミダゾリニウム、1,3-ジメチル-2-エチルイミダゾリニウム、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリニウム、1,2,3-トリエチルイミダゾリニウム、4-シアノ-1,2,3-トリメチルイミダゾリニウム、3-シアノメチル-1,2-ジメチルイミダゾリニウム、2-シアノメチル-1,3-ジメチルイミダゾリニウム、4-アセチル-1,2,3-トリメチルイミダゾリニウム、3-アセチルメチル-1,2-ジメチルイミダゾリニウム、4-メチルカルボオキシメチル-1,2,3-トリメチルイミダゾリニウム、3-メチルカルボオキシメチル-1,2-ジメチルイミダゾリニウム、4-メトキシ-1,2,3-トリメチルイミダゾリニウム、3-メトキシメチル-1,2-ジメチルイミダゾリニウム、4-ホルミル-1,2,3-トリメチルイミダゾリニウム、3-ホルミルメチル-1,2-ジメチルイミダゾリニウム、3-ヒドロキシエチル-1,2-ジメチルイミダゾリニウム、4-ヒドロキシメチル-1,2,3-トリメチルイミダゾリニウム、2-ヒドロキシエチル-1,3-ジメチルイミダゾリニウムなど。
(2)イミダゾリウムカチオン
 1,3-ジメチルイミダゾリウム、1,3-ジエチルイミダゾリウム、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム、1,2,3-トリメチルイミダゾリウム、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリウム、1,3-ジメチル-2-エチルイミダゾリウム、1-エチル-2,3-ジメチル-イミダゾリウム、1,2,3-トリエチルイミダゾリウム、1,2,3,4-テトラエチルイミダゾリウム、1,3-ジメチル-2-フェニルイミダゾリウム、1,3-ジメチル-2-ベンジルイミダゾリウム、1-ベンジル-2,3-ジメチル-イミダゾリウム、4-シアノ-1,2,3-トリメチルイミダゾリウム、3-シアノメチル-1,2-ジメチルイミダゾリウム、2-シアノメチル-1,3-ジメチル-イミダゾリウム、4-アセチル-1,2,3-トリメチルイミダゾリウム、3-アセチルメチル-1,2-ジメチルイミダゾリウム、4-メチルカルボオキシメチル-1,2,3-トリメチルイミダゾリウム、3-メチルカルボオキシメチル-1,2-ジメチルイミダゾリウム、4-メトキシ-1,2,3-トリメチルイミダゾリウム、3-メトキシメチル-1,2-ジメチルイミダゾリウム、4-ホルミル-1,2,3-トリメチルイミダゾリウム、3-ホルミルメチル-1,2-ジメチルイミダゾリウム、3-ヒドロキシエチル-1,2-ジメチルイミダゾリウム、4-ヒドロキシメチル-1,2,3-トリメチルイミダゾリウム、2-ヒドロキシエチル-1,3-ジメチルイミダゾリウムなど。
(3)テトラヒドロピリミジニウムカチオン
 1,3-ジメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、1,2,3-トリメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、1,2,3,4-テトラメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、1,2,3,5-テトラメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、8-メチル-1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]-7-ウンデセニウム、5-メチル-1,5-ジアザビシクロ[4,3,0]-5-ノネニウム、4-シアノ-1,2,3-トリメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、3-シアノメチル-1,2-ジメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、2-シアノメチル-1,3-ジメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、4-アセチル-1,2,3-トリメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、3-アセチルメチル-1,2-ジメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、4-メチルカルボオキシメチル-1,2,3-トリメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、3-メチルカルボオキシメチル-1,2-ジメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、4-メトキシ-1,2,3-トリメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、3-メトキシメチル-1,2-ジメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、4-ホルミル-1,2,3-トリメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、3-ホルミルメチル-1,2-ジメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、3-ヒドロキシエチル-1,2-ジメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、4-ヒドロキシメチル-1,2,3-トリメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウム、2-ヒドロキシエチル-1,3-ジメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジニウムなど。
(4)ジヒドロピリミジニウムカチオン
 1,3-ジメチル-1,4-もしくは-1,6-ジヒドロピリミジニウム[これらを1,3-ジメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウムと表記し、以下同様の表現を用いる。]、1,2,3-トリメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、1,2,3,4-テトラメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、1,2,3,5-テトラメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、8-メチル-1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]-7,9(10)-ウンデカジエニウム、5-メチル-1,5-ジアザビシクロ[4,3,0]-5,7(8)-ノナジエニウム、4-シアノ-1,2,3-トリメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、3-シアノメチル-1,2-ジメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、2-シアノメチル-1,3-ジメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、4-アセチル-1,2,3-トリメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、3-アセチルメチル-1,2-ジメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、4-メチルカルボオキシメチル-1,2,3-トリメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、3-メチルカルボオキシメチル-1,2-ジメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、4-メトキシ-1,2,3-トリメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、3-メトキシメチル-1,2-ジメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、4-ホルミル-1,2,3-トリメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、3-ホルミルメチル-1,2-ジメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、3-ヒドロキシエチル-1,2-ジメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、4-ヒドロキシメチル-1,2,3-トリメチル-1,4(6)-ジヒドロピリミジニウム、2-ヒドロキシエチル-1,3-ジメチル-1,4(6)-ヒドロピリミジなど。
 アミジニウムカチオン(B)は、一種または二種以上を併用してもよい。上記のうち、(1)イミダゾリニウムカチオン及び(2)イミダゾリウムカチオンが好ましい。これらのうち、好ましくは1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリニウム、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムである。
<電解質(C)>
 アルキルリン酸エステルアニオン(A)とアミジニウムカチオン(B)との組み合わせとしては、モノアニオンとモノカチオン、ジアニオンとモノカチオン、モノアニオンとジアニオンの混合物とモノカチオン等が例示できる。
 電解質(C)としては、モノアニオンとモノカチオンの塩が好ましく、この塩について以下に具体例を記載する。
1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・モノメチルリン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・ジメチルリン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・モノエチルリン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・ジエチルリン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・モノ(n-プロピル)リン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・ジ(n-プロピル)リン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・モノ(iso-プロピル)リン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・ジ(iso-プロピル)リン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・モノ(n-ブチル)リン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・ジ(n-ブチル)リン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・モノ(iso-ブチル)リン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・ジ(iso-ブチル)リン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・モノ(tert-ブチル)リン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・ジ(tert-ブチル)リン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・モノ(2-エチルヘキシル)リン酸エステルアニオン、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・ビス(2-エチルヘキシル)リン酸エステルアニオン、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリニウム・モノエチルリン酸エステルアニオン、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリニウム・ジエチルリン酸エステルアニオン、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム・モノエチルリン酸エステルアニオン、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム・ジエチルリン酸エステルアニオン、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリウム・モノエチルリン酸エステルアニオン、及び1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリウム・ジエチルリン酸エステルアニオン等が挙げられる。
<カルボン酸(D)>
 カルボン酸(D)としては、炭素、酸素及び水素原子のみからなるカルボン酸であって、(1)2~4価のポリカルボン酸、(2)モノカルボン酸が含まれる。カルボン酸(D)の炭素数は2~15であるが、さらに比電導度の観点から4~10が好ましい。また酸解離指数(pKa)は3.8~5.5であるが、長期安定性の観点から4.0~5.2がさらに好ましい。またポリカルボン酸の場合、酸解離指数(pKa)が複数あるが、その中の少なくともひとつの酸解離指数(pKa)が3.8~5.5である。また、その中で最も小さい酸解離指数(pKa)がその範囲内であれば好ましい。カルボン酸(D)は、一種または二種以上を併用してもよい。カルボン酸(D)を添加すると、アルキルリン酸エステルアニオン(A)が安定化するため、アルキルリン酸エステルアニオン(A)の分解を抑制でき、電解液の特性劣化が少なく、火花電圧が高く、かつ使用電圧が高い場合でもショートしない。以下にカルボン酸(D)の具体例を示す。
(1)2~4価のポリカルボン酸
 脂肪族ポリカルボン酸としては、飽和ポリカルボン酸(コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸など)、不飽和ポリカルボン酸(マレイン酸、シトラコン酸、フマル酸、イタコン酸など)など、芳香族ポリカルボン酸としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸など。
(2)モノカルボン酸
 脂肪族モノカルボン酸としては、飽和モノカルボン酸(ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、ウラリル酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸など)、不飽和モノカルボン酸(アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、オレイン酸など)など、芳香族モノカルボン酸としては、安息香酸、ケイ皮酸、ナフトエ酸など。
 カルボン酸(D)としては、これらのなかで、脂肪族ポリカルボン酸が好ましく、さらに2価の脂肪族カルボン酸(具体的にはアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸などが挙げられる。)がさらに好ましい。
<有機溶媒(E)>
 有機溶媒(E)としては、(1)アルコール、(2)エーテル、(3)アミド、(4)オキサゾリジノン、(5)ラクトン、(6)ニトリル、(7)カーボネート、(8)スルホン及び(9)その他の有機溶媒が含まれる。以下に有機溶媒(E)の具体例を示す。
(1)アルコール
 1価アルコール(メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、ベンジルアルコール、アミノアルコール、フルフリルアルコールなど)、2価アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ヘキシレングリコールなど)、3価アルコール(グリセリンなど)、4価以上のアルコール(ヘキシトールなど)など。
(2)エーテル
 モノエーテル(エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、テトラヒドロフラン、3-メチルテトラヒドロフランなど)、ジエーテル(エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなど)、トリエーテル(ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなど)など。
(3)アミド
 ホルムアミド(N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-エチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミドなど)、アセトアミド(N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-エチルアセトアミド、N,N-ジエチルアセトアミドなど)、プロピオンアミド(N,N-ジメチルプロピオンアミドなど)、ピロリドン(N-メチルピロリドン、N-エチルピロリドンなど)、ヘキサメチルホスホリルアミドなど。
(4)オキサゾリジノン
 N-メチル-2-オキサゾリジノン、3,5-ジメチル-2-オキサゾリジノンなど。
(5)ラクトン
 γ-ブチロラクトン(以下、GBLと記す。)、α-アセチル-γ-ブチロラクトン、β-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトンなど。
(6)ニトリル
 アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、アクリロニトリル、メタクリルニトリル、ベンゾニトリルなど。
(7)カーボネート
 エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなど。
(8)スルホン
 スルホラン、ジメチルスルホンなど。
(9)その他の有機溶媒
 1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、芳香族溶媒(トルエン、キシレンなど)、パラフィン溶媒(ノルマルパラフィン、イソパラフィンなど)など。
 有機溶媒(E)は、一種または二種以上を併用してもよい。これらのうち、アルコール、ラクトン及びスルホンが好ましく、さらに好ましくはGBL、スルホラン、エチレングリコールであり、GBLとエチレングリコールの混合溶媒が特に好ましい。
 カルボン酸(D)の含有量は、電解質(C)及び有機溶媒(E)の合計重量に基づいて、好ましくは0.5~5重量%であり、さらに好ましくは1~3重量%であり、より好ましくは1.5~3重量%である。(D)の含有量が0.5重量%以上であるとショートの危険性が少なく、また5重量%以下であると特性劣化を小さくすることができる。
 電解質(C)は、比電導度と有機溶媒への溶解度の観点から、電解質(C)及び有機溶媒(E)の合計重量に基づいて、好ましくは5~70重量%、特に好ましくは10~40重量%である。
 有機溶媒(E)の含有量は、比電導度の観点から、電解質(C)及び有機溶媒(E)の合計重量に基づいて、好ましくは30~95重量%、特に好ましくは60~90重量%である。
<ホウ酸化合物(F)>
 ホウ酸化合物(F)は、ホウ酸及びホウ酸エステル(F1)からなる群より選ばれる少なくとも一つである。
 ホウ酸エステル(F1)は、ホウ酸とアルコール(G)のエステル化物である。アルコール(G)としては、(1)1価のアルコール、(2)多価アルコールが含まれる。これらのアルコール(G)を2種類以上組み合わせても良い。ホウ酸エステル(F1)としては、1価アルコール及び/または多価アルコールとホウ酸とを反応してなる反応生成物が好ましい。以下にアルコール(G)の具体例を示す。
(1)1価のアルコール
 1価のアルコールとしては、炭素数1~10である以下のアルコール、グリコールのモノアルキルエーテルがあげられる。具体的には、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなど。
(2)多価アルコール
 多価アルコールとしては、炭素数1~10である以下のアルコールがあげられる。具体的には、2価アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコールなど)、3価アルコール(グリセリンなど)、4価以上のアルコール(ヘキシトールなど)など。
 ホウ酸エステル(F1)は、上記アルコール(G)とホウ酸とを、例えば、以下の反応条件で反応してなるものが好ましい。反応生成物は多種類の化合物の混合物であり、組成で正確に記載することは困難である。
反応条件:ホウ酸とアルコール(G)を混合し、その混合物を60~90℃に加熱し、除々に減圧して4.0~6.0kPaにしてエステル化(脱水)を行う。目標の圧力に到達した後、さらに100~110℃まで加熱してエステル化する。4.0~6.0kPaで水分と低沸分を留去し終わるまで反応してホウ酸エステル(F1)を得ることができる。
 ホウ酸エステル(F1)の製造時の各原料の仕込み比は、ホウ酸が25~70重量%、さらに好ましくは40~60重量%である。
 ホウ酸とアルコール(G)の当量比は、ホウ酸/アルコール(G)=0.1/0.01~0.1/0.3、さらに好ましくは0.1/0.02~0.1/0.15である。
 ホウ酸化合物(F)と有機溶媒(E)の組合せとしては、ホウ酸と(E)として2価アルコールとラクトンとの混合溶媒、ホウ酸エステル(F1)とラクトン溶媒、ホウ酸エステル(F1)と(E)として2価アルコールとラクトンとの混合溶媒の組合せが好ましく、ホウ酸と(E)としてγ-ブチロラクトンとエチレングリコールとの混合溶媒、ホウ酸エステル(F1)と(E)としてγ-ブチロラクトンとエチレングリコールとの混合溶媒の組合せがさらに好ましく、ホウ酸と(E)としてγ-ブチロラクトンとエチレングリコールとの混合溶媒の組合せが特に好ましい。
 電解質(C)中のアニオンとカチオンとのモル比率(アニオン/カチオン)は、コンデンサ部材{アルミニウム電解コンデンサの封口ゴム、酸化アルミニウム箔等}の腐食の観点から、好ましくは0.8~1.2、更に好ましくは0.9~1.1、特に好ましくは0.95~1.05である。モル比率が0.8~1.2であると、電解液の液性がアルカリ性に偏らず、アルミニウム電解コンデンサの封口ゴムであるブチルゴムが劣化しにくく、この結果、電解液がコンデンサから漏れる等の不具合が生じにくい。また、電解液の液性が酸性に偏らず、陽極の酸化アルミニウム箔が腐食されにくく、この結果、ショート等の不具合が生じにくい。
 本発明の電解液には、さらに水を含有することが好ましい。水を含有すると、コンデンサ部材{陽極箔である酸化アルミニウム箔など}の化成性{陽極箔表面に欠損部分があれば、酸化被膜を形成させてこれを修復する性質}を向上させることができる。一方、水の含有量が多いと、アルキルリン酸エステルアニオンの加水分解が進行しやすくなり、加水分解により生成するリン酸がコンデンサ部材を腐食することとなる。したがって、水を含有する場合、水の含有量は、電解質(C)、ホウ酸化合物(F)、カルボン酸(D)及び有機溶媒(E)の合計重量に基づいて、好ましくは0.01~5重量%、更に好ましくは0.05~1重量%、特に好ましくは0.1~0.5重量%である。なお、水分は、JIS K0113:2005の「8.カールフィッシャー滴定方法、8.1容量滴定方法」{対応国際規格ISO760:1978;これに開示された開示内容を参照により本出願に取り込む。}に準拠して測定される。
 本発明の電解液には、必要により、電解液に通常用いられる種々の添加剤を添加することができる。該添加剤としては、ニトロ化合物(例えば、o-ニトロ安息香酸、p-ニトロ安息香酸、m-ニトロ安息香酸、o-ニトロフェノール、p-ニトロフェノールなど)などを挙げることができる。その添加量は、比電導度と電解液への溶解度の観点から、電解質(C)及び有機溶媒(E)の合計重量に基づいて、好ましくは5重量%以下、特に好ましくは2重量%以下がよい。
 本発明の電解液は、アルミニウム電解コンデンサ用として好適である。アルミニウム電解コンデンサとしては、特に限定されず、例えば、捲き取り形のアルミニウム電解コンデンサが挙げられる。具体的には、例えば、陽極表面に酸化アルミニウムが形成された陽極(酸化アルミニウム箔)と陰極アルミニウム箔とを、これらの間に、セパレーターを介在させて、捲回することにより構成されたコンデンサが挙げられる。本発明の電解液を駆動用電解液としてセパレーターに含浸し、陽陰極と共に、有底筒状のアルミニウムケースに収納した後、アルミニウムケースの開口部を封口ゴムで密閉してアルミニウム電解コンデンサを構成することができる。
 次に本発明の実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
<電解質(C)の製造例>
 ジメチルカーボネート(0.2mol)のメタノール溶液(74重量%)に、2,4-ジメチルイミダゾリン(0.1mol)を滴下して、120℃で15時間攪拌することで、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・メチルカーボネート塩のメタノール溶液を得た。
 リン酸トリエチル(TEP:大八化学工業社製)(0.1mol)とジエチルアミン(0.15mol)を耐圧容器内で100℃、20時間攪拌することで、リン酸ジエチルとトリエチルアミンの混合物を得た。そこへ、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・メチルカーボネート塩(0.1mol)のメタノール溶液を加え、塩交換反応を行い、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・ジエチルリン酸エステルモノアニオンのメタノール溶液を得た。上記溶液を1.0kPa以下の減圧度、80℃で、メタノール、アミン成分の留出がなくなるまで加熱した後、温度を50℃から100℃に上昇させて30分加熱してモノメチルカーボネート(HOCO2CH3)、メタノール及び二酸化炭素(メタノール及び二酸化炭素は、モノメチルカーボネートの熱分解により僅かに生成する。)を蒸留することで、電解質(C-1){1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム・ジエチルリン酸エステルモノアニオン}を得た。
<ホウ酸エステル(F1)の製造例1>
 ジエチレングリコールモノメチルエーテル(0.3mol)とホウ酸(0.1mol)とを混合し、その混合物を90℃に加熱し、除々に減圧して4.0kPaにしてエステル化(脱水)を行った。目標の圧力に到達した後、さらに100~110℃まで加熱してエステル化した。4.0kPaで水分と低沸分を留去し終わるまで反応してホウ酸エステル(F1-1)を得た。
<ホウ酸エステル(F1)の製造例2>
 トリエチレングリコール(0.2mol)及びホウ酸(0.3mol)を混合し、その混合物を90℃に加熱し、除々に減圧して4.0kPaにしてエステル化(脱水)を行った。目標の圧力に到達した後、さらに100~110℃まで加熱してエステル化した。4.0kPaで水分と低沸分を留去し終わるまで反応してホウ酸エステル(F1-2)を得た。
<実施例1>
 20.0gの電解質(C-1)と2.0gのアゼライン酸(D-1)を73.0gの有機溶媒(E-1)(GBL)に溶解させ、さらにホウ酸エステル(F1-1)を5g添加することで、本発明の電解液を得た。
<実施例2>
 20.0gの電解質(C-1)と2.0gのアゼライン酸(D-1)を有機溶媒(E-2)(GBL68.0gとエチレングリコール5.0gの混合溶媒(重量比率93:7))に溶解させ、さらにホウ酸エステル(F1-1)を5.0g添加することで、本発明の電解液を得た。
<実施例3>
 20.0gの電解質(C-1)と2.0gのアジピン酸(D-2)を有機溶媒(E-3)(GBL68.0gと、エチレングリコール6.0gの混合溶媒(重量比率92:8))に溶解させ、さらにホウ酸エステル(F1-2)を4.0g添加することで、本発明の電解液を得た。
<実施例4>
 20.0gの電解質(C-1)と1.5gのアジピン酸(D-2)を有機溶媒(E-4)75g(GBL67.5gとエチレングリコール7.5gの混合溶媒(重量比率90:10))に溶解させ、さらにホウ酸3.5gを添加し、100℃で10分攪拌し溶解させることで、本発明の電解液を得た。
<実施例5>
 20.0gの電解質(C-1)と0.6gのアジピン酸(D-2)を有機溶媒(E-4)75.9gに溶解させ、さらにホウ酸3.5gを添加し、100℃で10分攪拌し溶解させることで、本発明の電解液を得た。
<実施例6>
 20.0gの電解質(C-1)と4.5gのアジピン酸(D-2)を有機溶媒(E-4)72gに溶解させ、さらにホウ酸3.5gを添加し、100℃で10分攪拌し溶解させることで、本発明の電解液を得た。
<実施例7>
 20.0gの電解質(C-1)と1.5gの安息香酸(D-3)を有機溶媒(E-4)75gに溶解させ、さらにホウ酸3.5gを添加し、100℃で10分攪拌し溶解させることで、本発明の電解液を得た。
<実施例8>
 20.0gの電解質(C-1)と0.3gのアジピン酸(D-2)を有機溶媒(E-4)76.2gに溶解させ、さらにホウ酸3.5gを添加し、100℃で10分攪拌し溶解させることで、本発明の電解液を得た。
<実施例9>
 20.0gの電解質(C-1)と5.5gのアジピン酸(D-2)を有機溶媒(E-4)71gに溶解させ、さらにホウ酸3.5gを添加し、100℃で10分攪拌し溶解させることで、本発明の電解液を得た。
<比較例1>
 20.0gの電解質(C-1)を80.0gの有機溶媒(E-1)(GBL)に溶解させ、比較用の電解液を得た。
<比較例2>
 20.0gの電解質(C-1)を73.0gの有機溶媒(E-1)(GBL)に溶解させ、さらにホウ酸エステル(F1-1)を5g添加することで、比較用の電解液を得た。
<比較例3>
 アゼライン酸アンモニウム10.0gをエチレングリコール90.0gに溶解させ、比較用の電解液を得た。
 実施例1~9及び比較例1~3の電解液組成を表1に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 実施例1~9及び比較例1~3の電解液を使用して巻き取り形のアルミニウム電解コンデンサ(定格電圧100V、静電容量30μF、サイズ;φ10mm×L10mm)を作成した。封口ゴムには過酸化物加硫のブチルゴムを使用した。作成したアルミニウム電解コンデンサは、下記の測定方法で、耐熱試験(125℃の下で放置)開始時、1000時間後、2000時間後の静電容量(C)、その変化率(△C%)、損失角の正接(tanδ)、漏れ電流(LC)を測定した。
 すなわち、静電容量(C)、静電容量変化率(△C%)及び損失角の正接(tanδ)はLCRメーター(4284A、Agilent Technologies社製)を用い周波数は100kHzで測定を行った。また、漏れ電流(LC)は定格電圧を印加後、1分後の電流値を測定した。結果を表2に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表2に示すように、実施例1~9、比較例1~3すべて、初期においてショートしていないことから、すべて火花電圧は高いといえる。しかし、比較例1、2は、2000時間までにショートが起きている。
 また、実施例1~9は、初期において漏れ電流(LC)も低いことからショートの危険性が少なく、実施例1~7、9は、さらに、2000時間でも漏れ電流(LC)も低いことから、一層ショートの危険性が少ないと言える。
 また、実施例1~9は、初期において比較例3と比べて損失角の正接(tanδ)が小さいことから特性劣化も少なく、実施例1~8は、さらに、2000時間でもtanδが小さいことから特性劣化も一層少ないことがわかる。
 本発明の電解液を用いたアルミニウム電解コンデンサは、信頼性が高く、使用電圧の高い車や家電製品に用いることができる。

Claims (11)

  1.  下記一般式(1)で表されるアニオン及び下記一般式(2)で表されるアニオンからなる群より選ばれる少なくとも一つのアルキルリン酸エステルアニオン(A)とアミジニウムカチオン(B)とからなる電解質(C)、
     ホウ酸及びホウ酸エステル(F1)からなる群より選ばれる少なくとも一つのホウ酸化合物(F)、
     炭素原子、酸素原子及び水素原子のみからなり炭素数2~15のカルボン酸(D)、並びに
     有機溶媒(E)
    を含有するアルミニウム電解コンデンサ用電解液。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    [式(1)中、R1は炭素数1~10のアルキル基である。式(2)中、R2は炭素数1~10のアルキル基、R3は水素原子又は炭素数1~10のアルキル基である。]
  2.  カルボン酸(D)を、電解質(C)及び有機溶媒(E)の合計重量に基づいて0.5~5重量%含有する請求項1に記載の電解液。
  3.  カルボン酸(D)がポリカルボン酸である場合、その少なくともひとつの酸解離指数(pKa)が、3.8~5.5である請求項1または2に記載の電解液。
  4.  カルボン酸(D)が、2価の脂肪族カルボン酸(D1)である請求項1~3のいずれか1項に記載の電解液。
  5.  2価の脂肪族カルボン酸(D1)が、アジピン酸、アゼライン酸及びセバシン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項4に記載の電解液。
  6.  アルキルリン酸エステルアニオン(A)が、一般式(2)で示され、一般式(2)においてR2及びR3が炭素数1~8のアルキル基である請求項1~5のいずれか1項に記載の電解液。
  7.  アミジニウムカチオン(B)が、イミダゾリニウムカチオンまたはイミダゾリウムカチオンである請求項1~6のいずれか1項に記載の電解液。
  8.  ホウ酸エステル(F1)が、1価アルコール及び/または多価アルコールとホウ酸とを反応してなる反応生成物である請求項1~7のいずれか1項に記載の電解液。
  9.  有機溶媒(E)が、アルコール、ラクトン及びスルホンからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1~8のいずれか1項に記載の電解液。
  10.  ホウ酸化合物(F)が、ホウ酸であり、有機溶媒(E)が、2価アルコールとラクトンとの混合溶媒である請求項1~7及び9のいずれか1項に記載の電解液。
  11.  請求項1~10のいずれか1項に記載の電解液を用いてなるアルミニウム電解コンデンサ。
PCT/JP2012/075482 2011-10-14 2012-10-02 アルミニウム電解コンデンサ用電解液、及びそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ WO2013054691A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12839505.0A EP2767994B1 (en) 2011-10-14 2012-10-02 Electrolytic solution for aluminum electrolyte capacitor and aluminum electrolyte capacitor using same
JP2013538501A JP6104809B2 (ja) 2011-10-14 2012-10-02 アルミニウム電解コンデンサ用電解液、及びそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ
CN201280048547.8A CN103843091B (zh) 2011-10-14 2012-10-02 铝电解电容器用电解液和使用该电解液的铝电解电容器
US14/351,554 US9281130B2 (en) 2011-10-14 2012-10-02 Electrolytic solution for aluminum electrolyte capacitor, and aluminum electrolyte capacitor using the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011227077 2011-10-14
JP2011-227077 2011-10-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013054691A1 true WO2013054691A1 (ja) 2013-04-18

Family

ID=48081748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/075482 WO2013054691A1 (ja) 2011-10-14 2012-10-02 アルミニウム電解コンデンサ用電解液、及びそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9281130B2 (ja)
EP (1) EP2767994B1 (ja)
JP (1) JP6104809B2 (ja)
CN (1) CN103843091B (ja)
WO (1) WO2013054691A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107868104A (zh) * 2016-09-22 2018-04-03 深圳新宙邦科技股份有限公司 一种磷酸二烃基酯盐的制备方法
CN113539688B (zh) * 2020-04-09 2023-05-12 深圳新宙邦科技股份有限公司 一种工作电压300~500v铝电解电容器用电解液及铝电解电容器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007221111A (ja) * 2006-01-19 2007-08-30 Sanyo Chem Ind Ltd 電解液
JP2008135693A (ja) 2006-06-20 2008-06-12 Sanyo Chem Ind Ltd アルミニウム電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW452810B (en) * 1999-03-17 2001-09-01 Nippon Chemicon Electrolyte for electrolytic capacitor
US8177994B2 (en) * 2006-06-20 2012-05-15 Sanyo Chemical Industries, Ltd. Electrolytic solution for aluminum electrolytic capacitors, and aluminum electrolytic capacitor using the same
JP4792145B2 (ja) * 2008-01-31 2011-10-12 ニチコン株式会社 電解コンデンサの駆動用電解液および電解コンデンサ
JP4925219B2 (ja) * 2008-05-21 2012-04-25 ニチコン株式会社 電解コンデンサの駆動用電解液
JP5305506B2 (ja) * 2008-07-29 2013-10-02 三洋化成工業株式会社 アルミニウム電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ
JPWO2011004616A1 (ja) * 2009-07-10 2012-12-20 日本ケミコン株式会社 アルミニウム電解コンデンサ用電解液及びアルミニウム電解コンデンサ
US8828261B2 (en) 2009-11-26 2014-09-09 Panasonic Corporation Electrolytic solution for aluminum electrolytic capacitor, and aluminum electrolytic capacitor using same
JP2011187705A (ja) * 2010-03-09 2011-09-22 Sanyo Chem Ind Ltd アルミニウム電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007221111A (ja) * 2006-01-19 2007-08-30 Sanyo Chem Ind Ltd 電解液
JP2008135693A (ja) 2006-06-20 2008-06-12 Sanyo Chem Ind Ltd アルミニウム電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2767994A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP2767994A1 (en) 2014-08-20
JPWO2013054691A1 (ja) 2015-03-30
EP2767994B1 (en) 2017-12-27
US9281130B2 (en) 2016-03-08
EP2767994A4 (en) 2015-08-26
CN103843091B (zh) 2017-03-08
CN103843091A (zh) 2014-06-04
JP6104809B2 (ja) 2017-03-29
US20140284514A1 (en) 2014-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5492221B2 (ja) アルミニウム電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ
JP5305506B2 (ja) アルミニウム電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ
JP4964680B2 (ja) アルミニウム電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ
JP2017516287A (ja) アルミニウム電解コンデンサ用電解液、及び、これを用いたアルミニウム電解コンデンサ
JP2011187705A (ja) アルミニウム電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ
JP6104809B2 (ja) アルミニウム電解コンデンサ用電解液、及びそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ
JP4891101B2 (ja) 電解液
US8177994B2 (en) Electrolytic solution for aluminum electrolytic capacitors, and aluminum electrolytic capacitor using the same
JP2012146833A (ja) 電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いた電解コンデンサ
JP2011003813A (ja) アルミニウム電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ
JP2011187932A (ja) 電解コンデンサ用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ
JP2012209433A (ja) アルミニウム電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ
JP4718125B2 (ja) 電解液およびそれを用いた電解コンデンサ
JP4842214B2 (ja) 電解液およびそれを用いた電解コンデンサ
JP2007207790A (ja) 電解液
JP4991799B2 (ja) アルミニウム電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ
JP2010171305A (ja) 電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ
JP2005340406A (ja) 電解液
JP2013051242A (ja) アルミニウム電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ。
JP2012212859A (ja) アルミニウム電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ
JP2011211146A (ja) 電解コンデンサ用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ
WO2014156105A1 (ja) アルミニウム電解コンデンサ用電解液、およびそれを用いたアルミニウム電解コンデンサ
JP2017123394A (ja) アルミニウム電解コンデンサ用電解液
JP2009088128A (ja) 電解コンデンサ用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ
JP2014041896A (ja) 電解コンデンサ用電解液及び電解コンデンサ

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: 12839505

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013538501

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14351554

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012839505

Country of ref document: EP