WO2018062319A1 - 電極箔及び電解コンデンサ - Google Patents

電極箔及び電解コンデンサ Download PDF

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吉田　敦
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日本ケミコン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode foil provided in an electrolytic capacitor used in a so-called high frequency region of 100 kHz or higher.
  • Electrolytic capacitors are composed of non-solid electrolytic capacitors in which the electrolyte is liquid, solid electrolyte capacitors in which the electrolyte is solid, electrolytes in liquid and solid, so that the dielectric film of the anode is in close contact with the counter electrode. And a bipolar electrolytic capacitor in which a dielectric film is formed on both electrodes.
  • This electrolytic capacitor is formed by impregnating a capacitor element with an electrolyte.
  • the capacitor element is formed by facing an anode foil formed of a dielectric film on a valve metal foil such as aluminum, and a cathode foil made of the same or other metal foil. And a separator is interposed between the anode foil and the cathode foil.
  • the capacitance of the electrolytic capacitor is proportional to the surface area of the dielectric film.
  • the electrode foil of the electrolytic capacitor is subjected to a surface expansion treatment such as etching, and the surface expansion portion subjected to the surface expansion treatment is subjected to a chemical conversion treatment to have a dielectric film having a large surface area.
  • an electrochemical method is mainly used for etching.
  • an alternating current is passed in a chloride aqueous solution such as hydrochloric acid or salt to form spongy etching pits on the surface.
  • a direct current is passed in an aqueous chloride solution to form tunnel-like etching pits from the surface of the electrode foil toward the thickness center.
  • An oxide film is formed on the etching layer in which the etching pits are formed by chemical conversion treatment or the like, but this oxide film has low flexibility and stretchability.
  • the etching pits become deeper as the surface enlargement progresses, and when the surface area increases, the amount of the oxide film increases, and the flexibility and stretchability of the electrode foil tend to decrease.
  • the electrode foil becomes hard due to a decrease in flexibility and stretchability of the electrode foil, and the electrode foil is bent and the winding length of the electrode foil that can be accommodated in the same capacity case is reduced. End up. If the winding length of the electrode foil is reduced, the capacitance of the electrolytic capacitor is reduced by the reduced amount.
  • the electrode foil is made thick, for example, the number of electrode foils that can be stacked is reduced in a multilayer electrolytic capacitor, and the capacitance of the electrolytic capacitor is reduced by the reduced amount.
  • the present invention uses an electrode foil capable of improving both the strength of the electrode foil and the thinness of the electrode foil and improving the capacity of the entire foil, and this electrode foil. It is to provide an electrolytic capacitor.
  • an electrode foil according to the present invention has tunnel-like etching pits formed on the surface of the electrode foil, and the depth of the etching pits is 27 ⁇ m or less. .
  • the depth of the etching pit is 12 ⁇ m or more and 27 ⁇ m or less.
  • 27 ⁇ m is the limit of the deep zone to which sufficient charge is supplied in the frequency region of 100 kHz or higher.
  • the increase rate of the capacitance is good according to the depth of the etching pit.
  • the increase rate of the capacitance is slowed down with respect to the depth of the etching pits, but the benefit of deepening the etching pits can be obtained.
  • the electrode foil can be thinned while leaving a sufficient remaining core, and a longer electrode foil can be accommodated in a case of the same capacity, thereby improving the capacity of the electrolytic capacitor. Can be made.
  • An electrolytic capacitor including this electrode foil is also an embodiment of the present invention.
  • the thickness can be reduced while leaving the remaining core portion sufficiently, and the strength per unit volume of the electrolytic capacitor can be maintained while maintaining the strength of the electrode foil. Capacity can be improved.
  • FIG. 6 is a graph showing average values of capacitances obtained when the capacitor elements of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 are charged at each frequency.
  • 3 is a graph showing capacitance when charging is performed at each frequency of capacitor elements of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4. It is a graph which shows the relationship between the depth of an etching pit when it charges by 120 Hz and 100 kHz, and an electrostatic capacitance.
  • the electrode foil is suitable for an electrolytic capacitor that is driven in a high voltage application and in a high frequency region of 100 kHz or higher, and is used for an anode foil, a cathode foil, or both of the electrolytic capacitor.
  • the electrolytic capacitor is a non-solid electrolytic capacitor in which the electrolyte is a liquid and a dielectric film is formed on the anode foil, a hybrid electrolytic capacitor having a liquid and a solid as the electrolyte, and a dielectric film on both the anode foil and the cathode foil A bipolar electrolytic capacitor in which is formed.
  • Electrode foil is a foil body made of valve metal.
  • the valve metal is aluminum, tantalum, niobium, niobium oxide, titanium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, antimony, or the like.
  • the purity is preferably about 99.9% or more for the anode foil and about 99% or more for the cathode, but may contain impurities such as silicon, iron, copper, magnesium, and zinc.
  • This electrode foil is enlarged on both sides by etching.
  • the expanded electrode foil has a large number of tunnel-like etching pits that are dug down from both sides of the electrode foil toward the thickness center and aligned.
  • the tunnel-like etching pit is a cylindrical hole, and this electrode foil has a remaining core portion where the etching pit does not reach.
  • This tunnel-like etching pit can be formed by chemical etching or electrochemical etching, and is formed, for example, by applying a direct current with an electrode foil as an anode in an acidic aqueous solution in which halogen ions are present.
  • the acidic aqueous solution is, for example, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, sodium chloride, or a mixture thereof.
  • the depth of this etching pit can be adjusted by the current application time. That is, the etching process is performed in a total of two processes, and in the first process, for example, the electrode foil is etched electrochemically with a direct current in an aqueous solution containing chlorine ions to form etching pits. In the second step, the already formed etching pits are enlarged by electrochemically or chemically etching the electrode foil in an aqueous solution containing, for example, nitrate ions or chlorine ions. The depth of the etching pit is affected by the current application time in the first step.
  • Etch pit depth is 27 ⁇ m or less. This is because, in the frequency region of 100 kHz or more, the deep zone of more than 27 ⁇ m does not contribute to the increase in capacitance, but has a disadvantage that the remaining core portion is thinned or the electrode foil is thickened. Considering the reason, the etching pit can be expressed by an equivalent circuit in which resistances for each depth zone are connected in series in the depth direction, and capacitors in each depth zone are connected in series to the combined resistance up to the depth zone. . That is, the etching pit includes an RC circuit group of a resistance component and a capacitor component having a high resistance value according to the depth, and a charging speed is different between a shallow depth zone and a deep depth zone. In a depth zone of 27 ⁇ m or more, an alternating current of 100 kHz or more does not have a time constant R ⁇ C that is small enough to be charged and discharged.
  • the depth of the etching pit is 12 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, the increase rate of the capacitance with respect to the depth of the etching pit starts to slow down in the frequency region of 100 kHz or more, but the electrostatic pit is almost proportional to the depth of the etching pit. Capacity increases. Therefore, since the depth of the etching pit most efficiently leads to an increase in capacitance, from the viewpoint of efficiency, the depth of the etching pit is preferably 12 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the depth of the etching pit is 20 ⁇ m or more and 27 ⁇ m or less
  • the capacitance is expected to increase with respect to the increase of the etching pit depth in the frequency region of 100 kHz or more. Therefore, from the viewpoint of capacitance, the depth of the etching pit is preferably 20 ⁇ m or more and 27 ⁇ m or less.
  • the depth of the etching pit was specified by measurement by a chemical conversion film replica method.
  • the chemical conversion film replica method is a method in which a chemical conversion film is applied to an enlarged electrode foil, an aluminum base is dissolved with an iodine-methanol solution, and the shape of etching pits is observed with a scanning electron microscope (SEM). .
  • SEM scanning electron microscope
  • the electrode foil has a dielectric film formed by chemical conversion treatment depending on the application.
  • the dielectric film is formed by oxidizing the surface of the electrode foil including the inner wall surface of the etching pit.
  • This dielectric film is typically formed by applying a voltage with the electrode foil as an anode in a buffer solution in the absence of halogen ions.
  • the buffer solution include ammonium borate, ammonium phosphate, ammonium adipate, and organic acid ammonia.
  • Electrolytic capacitor As an electrolytic capacitor using this electrode foil, a wound type non-solid electrolytic capacitor in which a capacitor element formed by winding an electrode foil is impregnated with an electrolytic solution will be described as an example. Also included are bipolar electrolytic capacitors, and multilayer capacitors.
  • one or both of the capacitor elements have a dielectric film, and the electrode foil in which the depth of the etching pit is stopped to 27 ⁇ m or less is used as an anode foil and a cathode foil, and the anode foil and the cathode foil are interposed with a separator. It is made to wind in a cylindrical shape.
  • the capacitor element is impregnated with the electrolytic solution, the anode terminal and the cathode terminal are drawn out.
  • the anode terminal and the cathode terminal are connected to external terminals provided on a sealing body in which an elastic insulator such as a rubber plate is attached to the front and back surfaces of a hard substrate insulating plate such as a synthetic resin plate.
  • condenser element is accommodated in the bottomed cylindrical exterior case, is sealed with a sealing body, and takes the aspect of a winding-type capacitor
  • Separator is made of cellulose such as kraft, manila hemp, esparto, hemp, rayon, etc.
  • Polyamide resins such as vinylidene resins, vinylon resins, aliphatic polyamides, semi-aromatic polyamides, wholly aromatic polyamides, polyimide resins, polyethylene resins, polypropylene resins, trimethylpentene resins, polyphenylene sulfide resins, acrylic resins, etc. These resins can be used alone or in combination.
  • the solvent of the electrolytic solution is not particularly limited, but it is preferable to use ethylene glycol as the solvent of the electrolytic solution for high pressure applications, and other solvents may be used in combination.
  • ethylene glycol as the solvent of the electrolytic solution for high pressure applications, and other solvents may be used in combination.
  • monohydric alcohols, polyhydric alcohols, and oxyalcohol compounds are mentioned as a protic organic polar solvent. Examples of monohydric alcohols include ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, cyclobutanol, cyclopentanol, cyclohexanol, and benzyl alcohol.
  • Polyhydric alcohols include ethylene glycol, ⁇ -butyrolactone, diethylene glycol, dipropylene glycol, 1,2-propanediol, glycerin, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 2-methyl-2 , 4-pentanediol and the like.
  • oxyalcohol compounds include propylene glycol, glycerin, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, methoxypropylene glycol, and dimethoxypropanol.
  • examples of aprotic organic polar solvents include amides, lactones, sulfolanes, cyclic amides, nitriles, and oxides.
  • examples of amides include N-methylformamide, N, N dimethylformamide, N ethylformamide, N, N diethylformamide, N methylacetamide, N, N dimethylacetamide, N ethylacetamide, N, N-diethylacetamide, hexamethylphos Holic amide etc. are mentioned.
  • Examples of cyclic amides include ⁇ -butyrolactone, N-methyl-2-pyrrolidone, ethylene carbonate, propylene carbonate, isobutylene carbonate, and isobutylene carbonate.
  • Examples of the nitrile type include acetonitrile.
  • Examples of oxides include dimethyl sulfoxide.
  • solute of the electrolytic solution examples include ammonium salts, amine salts, quaternary ammonium salts, and quaternary salts of cyclic amidine compounds having an acid conjugate base as an anion component, which are usually used in electrolytic capacitors for driving electrolytes.
  • amines constituting the amine salt include primary amines (methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, ethylenediamine, etc.), secondary amines (dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, methylethylamine, diphenylamine, etc.), tertiary amines ( Trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, triphenylamine, 1,8 diazabicyclo (5,4,0) undecene7, etc.).
  • the quaternary ammonium constituting the quaternary ammonium salt includes tetraalkylammonium (tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, methyltriethylammonium, dimethyldiethylammonium, etc.), pyridium (1 methylpyridium, 1 ethyl pyridium, 1,3 diethyl pyridium, etc.).
  • Examples of the cation constituting the quaternary salt of the cyclic amidine compound include cations obtained by quaternizing the following compounds.
  • imidazole monocyclic compounds (1 methylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 1,4 dimethyl 2, ethylimidazole, imidazole homologues such as phenylimidazole, 1-methyl-2-oxymethylimidazole, 1-methyl-2 Oxyalkyl derivatives such as oxyethylimidazole, nitro and amino derivatives such as 1-methyl-4 (5) -nitroimidazole, 1,2-dimethyl-4 (5) -nitroimidazole), benzimidazole (1-methylbenzo Imidazole, 1-methyl-2-benzylbenzimidazole, etc.), compounds having a 2-imidazoline ring (1 methylimidazoline, 1,2-dimethylimidazoline, 1,2,4-trimethylimidazoline, 1,4-dimethyl-2- Ethyl imidazoli , 1-methyl-2-phenylimidazoline, etc.), compounds having a tetrahydropyrimidine ring (1
  • Example 1 A capacitor element of Example 1 was prepared using an electrode foil having a tunnel-like etching pit depth of 27 ⁇ m as an anode foil. Specifically, an aluminum foil having an area of 20 mm ⁇ 20 mm and an electrode foil thickness of 125 ⁇ m was used as the anode foil. This anode foil was subjected to a two-stage etching process. In the etching process, in the first step, the aluminum foil was etched electrochemically with a direct current in an aqueous solution containing hydrochloric acid to form etching pits. In the second step, the aluminum foil was etched electrochemically or chemically in an aqueous solution containing nitric acid to enlarge the already formed etching pits.
  • the electrode foil having the etching pits was subjected to chemical conversion treatment in an aqueous ammonium borate solution to form an oxide film layer on the surface.
  • the depth of the etching pit was measured by the chemical film replica method, the depth of the etching pit was 27 ⁇ m.
  • an aluminum foil having an area of 30 mm ⁇ 25 mm and an electrode foil thickness of about 20 ⁇ m was used as a cathode foil, and this cathode foil was subjected to an AC etching process to form a spongy etching pit on the surface.
  • An aluminum lead wire having a neck covered with silicone was attached to the anode foil and the cathode foil. Two pieces of this cathode foil were prepared, and one piece of anode foil was overlapped with a 30 mm ⁇ 25 mm separator interposed between them by craft.
  • the separator was impregnated with an electrolytic solution containing ethylene glycol as the main solvent and boric acid as the main solute. And the capacitor
  • the capacitor elements of Comparative Examples 1 to 4 were manufactured in the same method and under the same conditions as the capacitor element of Example 1 except for the etching pit depth.
  • Capacitance measurement 1 The capacitances of the capacitor elements of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 were measured.
  • An LCR meter (Agilent Technologies, 4284A) was used for the measurement. In the measurement, the ambient temperature was 21 ° C., the alternating current level was 1.0 Vrms, and the measurement frequency was in the range of 1 Hz to 120 kHz. Charging at each frequency and measurement of capacitance were performed three times, and plotted on a graph with the horizontal axis representing frequency and the vertical axis representing capacitance. The results are shown in FIGS.
  • the graph of FIG. 1 shows the result of Comparative Example 1
  • the graph of FIG. 2 shows the Comparative Example 2
  • the graph of FIG. 3 shows the Comparative Example 3
  • the graph of FIG. 4 shows the Comparative Example 4
  • the graph of FIG. 6 is a graph in which the average values of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 are plotted.
  • Example 1 When measured at a frequency of 100 kHz, Example 1 averaged 0.97 ⁇ F, Comparative Example 1 averaged 1.09 ⁇ F, Comparative Example 2 averaged 1.05 ⁇ F, Comparative Example 3 averaged 1.07 ⁇ F, and Comparative Example 4 The average was 1.00 ⁇ F. That is, at the frequency of 100 kHz, although the etching pits of Example 1 are as shallow as 27 ⁇ m, the capacitance of Example 1 and the capacitances of Comparative Examples 1 to 4 are no longer changed to around 1.0 ⁇ F. .
  • Example 1 when measured at a frequency of 120 kHz, Example 1 averaged 0.90 ⁇ F, Comparative Example 1 averaged 1.01 ⁇ F, Comparative Example 2 averaged 0.98 ⁇ F, Comparative Example 3 averaged 0.99 ⁇ F, and Comparative Example 4
  • the average of 0.93 ⁇ F and the etching pit of Example 1 was shallow at 27 ⁇ m at a frequency of 120 kHz, but the capacitance of Example 1 and the capacitances of Comparative Examples 1 to 4 were around 0.95 ⁇ F. There is no change.
  • Example 1 As described above, at the frequency of 100 kHz or higher, although the etching pit of Example 1 was as shallow as 27 ⁇ m, the electrostatic capacity of Example 1 and the electrostatic capacity of Comparative Examples 1 to 4 did not appear. As a result, in the frequency region of 100 kHz or more, when the depth of the etching pit is 27 ⁇ m or less, the entire area of the etching pit is efficiently charged / discharged, and the deep zone exceeding 27 ⁇ m contributes to the capacitance of the capacitor element. Indicates that it is not.
  • an electrode foil having an etching pit depth of 27 ⁇ m or less can reduce the foil thickness while having a thickness of the remaining core that can be made to have good strength.
  • the wound type electrolytic capacitor can accommodate more such electrode foils without increasing the size, and the laminated electrolytic capacitor can stack more electrode foils without increasing the size, It has a high electrostatic capacity.
  • Example 2 The capacitor element of Example 2 in which the electrode foil having a tunnel-like etching pit depth of 20 ⁇ m is used as an anode foil, and the capacitor of Example 3 in which the electrode foil having a tunnel-like etching pit depth of 12 ⁇ m is used as an anode foil
  • Capacitor elements of Example 4 in which an electrode foil having an element and a tunnel-like etching pit depth of 6 ⁇ m as an anode foil were produced by the same manufacturing method and the same conditions as in Example 1.
  • Capacitance measurement 2 The capacitances of the capacitor elements of Examples 2 to 4 were measured under the same conditions as in Example 1 and Comparative Examples 1 to 4. The results are shown in FIG. 7 together with the average values of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4.
  • FIG. 7 is a graph in which the measurement results of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 are plotted from 1 Hz to 100 kHz.
  • FIG. 8 shows the relationship between the capacitance and the etching pit depth in each alternating current when an alternating current of 120 Hz and 100 kHz was passed through the capacitor elements of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4. Show.
  • the capacitance does not change from 1 Hz to 100 kHz.
  • the capacitance starts to decrease slightly in the high frequency region, and it can be seen from FIG. 8 that this is the starting point where a difference starts to occur between 120 Hz and 100 kHz.
  • the capacitance at 100 kHz is 0.88 ⁇ F, which is the etching pit depth of 12 ⁇ m. This is equivalent to about 2.26 times that of 0.39 ⁇ F, which is the capacitance at 100 kHz.
  • the capacitance at 100 kHz is 0.97 ⁇ F, which is the capacitance at 100 kHz when the etching pit depth is 12 ⁇ m. This is equivalent to about 2.49 times that of 0.39 ⁇ F.
  • the increase rate of the capacitance with respect to the depth of the etching pit has started to slow down, but the capacitance according to the depth of the etching pit can be obtained efficiently. Can be confirmed. Further, it can be seen that when the depth of the etching pit is 20 ⁇ m or more and 27 ⁇ m or less, the increase rate of the capacitance with respect to the depth of the etching pit is slowed down, but the increase in the capacitance is sufficient as compared with that exceeding 27 ⁇ m.
  • the thickness is 12 ⁇ m or more and 20 ⁇ m, and in terms of the strength and capacitance of the electrode foil, it is confirmed that 20 ⁇ m or more and 27 ⁇ m or less is desirable.
  • a current having a frequency of only 100 kHz is described, but the present invention is not limited to this. Even when a current in which a waveform in a high frequency region having a frequency of 100 kHz or more and a waveform in a low frequency region having a frequency of less than 100 kHz are passed through the electrode foil of the present invention, the same effect as in the embodiment can be obtained. it can.
  • Such a capacitor can be applied to a circuit corresponding to an increase in the switching frequency of a power semiconductor that has been used in recent years for an inverter circuit or the like, and contributes to high efficiency and miniaturization of a power converter.
  • a current in which a frequency of 120 Hz and a frequency of 100 kHz are combined flows through a circuit in which two capacitors using electrode foils having a pit length of 55 ⁇ m are connected in parallel.
  • the electrostatic capacity corresponding to the pit length is drawn in the 120 Hz region.
  • the extracted capacitance is smaller than the pit length.
  • the capacitor using the electrode foil having a pit length of 55 ⁇ m draws a large amount of capacitance corresponding to the 120 Hz region, but only a part of the pit length is used for the capacitance corresponding to the 100 kHz region.
  • the capacitance that can be extracted as a capacitor is small.
  • a capacitor using an electrode foil having a pit length of 27 ⁇ m can wind many electrode foils despite the same size as the capacitor because the electrode foil is thin.
  • a capacitor using an electrode foil with a pit length of 27 ⁇ m can extract more capacitance than a capacitor using an electrode foil with a pit length of 55 ⁇ m in the 100 kHz region.
  • the frequency region in which the capacitor using the electrode foil having a pit length of 55 ⁇ m cannot sufficiently extract the electrostatic capacity is handled by the other connected in parallel, which is a capacitor using the electrode foil having a pit length of 27 ⁇ m. Is.
  • the power converter to which the current waveform in which the different frequency components are combined is applied can improve the efficiency of the entire circuit.

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Abstract

電極箔の強度と電極箔の薄さを両立し、箔全体の容量を向上させることのできる電極箔及びこの電極箔を用いた電解コンデンサを提供する。１００ｋＨｚ以上の周波数領域で使用される電解コンデンサに備えられる電極箔の表面にトンネル状のエッチングピットを形成し、このエッチングピットの深さは２７μｍ以下とする。

Description

電極箔及び電解コンデンサ
　本発明は、１００ｋＨｚ以上の、所謂高周波領域で使用される電解コンデンサに備えられる電極箔に関する。
　電解コンデンサは、陽極の誘電体皮膜を対向電極と密着させるべく、電解質で空隙を埋めて成り、電解質が液体である非固体電解コンデンサ、電解質が固体である固体電解コンデンサ、電解質として、液体と固体を備えたハイブリッド形電解コンデンサ、電極双方に誘電体皮膜を形成した両極性電解コンデンサが含まれる。この電解コンデンサは、コンデンサ素子を電解質に含浸させて成り、コンデンサ素子は、アルミニウムなどの弁金属箔に誘電体皮膜を形成した陽極箔と、同種または他の金属の箔によりなる陰極箔とを対向させ、陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて構成されている。
　電解コンデンサの静電容量は誘電体皮膜の表面積に比例する。通常、電解コンデンサの電極箔にはエッチング等の拡面化処理が施され、この拡面化処理が施された拡面部には化成処理が施されて、大表面積の誘電体皮膜を有する。エッチングは、主に電気化学的手法が用いられることが多い。
　低圧用途の電解コンデンサに使用される電極箔に対しては、塩酸や食塩等の塩化物水溶液中で交流電流を流し、表面に海綿状のエッチングピットを形成する。高圧用途の電解コンデンサに使用される電極箔に対しては、塩化物水溶液中で直流電流を流し、電極箔の表面から厚み中心に向けてトンネル状のエッチングピットを形成する。
特開平９－１４８２００号公報
　近年、電解コンデンサの静電容量の更なる増大を図るべく、電極箔の表面から一層深部に至るまで拡面化を進展させている。しかしながら、この拡面化の進展に伴ってエッチングピットの届かない残芯部が薄厚化しており、電極箔の強度対策が関心事項となっている。
　エッチングピットが形成されたエッチング層には化成処理等によって酸化皮膜が形成されるが、この酸化皮膜は柔軟性及び延伸性が低い。特に、拡面化の進展に伴いエッチングピットが深くなり、表面積が大きくなると酸化皮膜の量が多くなり、電極箔の柔軟性および延伸性が低くなる傾向になる。そのため、例えば巻回型の電解コンデンサでは、電極箔の柔軟性及び延伸性の低下により電極箔が硬くなり、電極箔の折れ曲がりが生じて同容量ケースに収容できる電極箔の巻回長さが減ってしまう。電極箔の巻回長さが減れば、減少分だけ電解コンデンサの静電容量は低下してしまう。
　一方、電極箔に厚みを持たせようとすると、例えば積層型の電解コンデンサでは積み重ねることのできる電極箔数が減少し、減少分だけ電解コンデンサの静電容量は低下してしまう。
　本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するため、電極箔の強度と電極箔の薄さを両立し、箔全体の容量を向上させることのできる電極箔及びこの電極箔を用いた電解コンデンサを提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明に係る電極箔は、電極箔の表面に形成されたトンネル状のエッチングピットを有し、前記エッチングピットの深さは、２７μｍ以下であること、を特徴とする。また、前記エッチングピットの深さは、１２μｍ以上２７μｍ以下であることを特徴とする。
　本発明者らは、鋭意研究の結果、トンネル状のエッチングピットの各深部帯のうち、１００ｋＨｚ以上の周波数領域で十分に電荷供給される深部帯は２７μｍが限度であることとの知見を得た。また、エッチングピットの深さが１２μｍ以上２０μｍまでは、エッチングピットの深さに応じて静電容量の増加率が良好である。更に、エッチングピットの深さが２０μｍ以上２７μｍまでは、エッチングピットの深さに対して静電容量の増加率が鈍化するものの、エッチングピットを深くする恩恵を得ることができる。即ち、トンネル状のエッチングピットを２７μｍ以下の深さとすれば、電極箔を残芯部を十分に残しつつ薄厚化でき、より長い電極箔を同容量のケースに収容でき、電解コンデンサの容量を向上させることができる。この電極箔を備える電解コンデンサも本発明の一態様である。
　本発明によれば、電解コンデンサの容量に寄与しない深さのエッチングピットが存在しないので、残芯部を十分に残しつつ薄厚化でき、電極箔の強度を保ちつつ、電解コンデンサの単位体積に当たりの容量を向上させることができる。
比較例１のコンデンサ素子の各周波数で充電したときの静電容量を示すグラフである。 比較例２のコンデンサ素子の各周波数で充電したときの静電容量を示すグラフである。 比較例３のコンデンサ素子の各周波数で充電したときの静電容量を示すグラフである。 比較例４のコンデンサ素子の各周波数で充電したときの静電容量を示すグラフである。 実施例１のコンデンサ素子の各周波数で充電したときの静電容量を示すグラフである。 実施例１及び比較例１～４のコンデンサ素子の各周波数で充電したときの静電容量の各平均値を示すグラフである。 実施例１及び比較例１～４のコンデンサ素子の各周波数で充電したときの静電容量を示すグラフである。 １２０Ｈｚと１００ｋＨｚで充電したときのエッチングピットの深さと静電容量の関係を示すグラフである。
　以下、本発明に係る電極箔及び電解コンデンサの実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものでない。
　（電極箔）
　電極箔は、高圧用途、且つ１００ｋＨｚ以上の高周波領域で駆動する電解コンデンサに好適であり、電解コンデンサの陽極箔、陰極箔又は両方に用いられる。電解コンデンサは、電解質が液体であり、陽極箔に誘電体皮膜を形成した非固体電解コンデンサ、電解質として、液体と固体を備えたハイブリッド形電解コンデンサ、及び陽極箔と陰極箔の双方に誘電体皮膜を形成した両極性電解コンデンサが挙げられる。
　電極箔は弁金属を材料とする箔体である。弁金属は、アルミニウム、タンタル、ニオブ、酸化ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス及びアンチモン等である。純度は、陽極箔に関して９９．９％程度以上が望ましく、陰極に関して９９％程度以上が望ましいが、ケイ素、鉄、銅、マグネシウム、亜鉛等の不純物が含まれていても良い。
　この電極箔はエッチング処理により電極箔両面が拡面化されている。拡面化された電極箔は、電極箔両面から厚み中心に向けて掘り下げられて整列したトンネル状のエッチングピットを多数有する。トンネル状のエッチングピットは円筒状の穴であり、この電極箔はエッチングピットが到達しない残芯部を有する。このトンネル状のエッチングピットは、化学エッチング又は電気化学的エッチングにより形成でき、例えばハロゲンイオンが存在する酸性水溶液中で電極箔を陽極にして直流電流を印加することで形成される。酸性水溶液は、例えば塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、食塩又はこれらの混合である。
　このエッチングピットの深さは、電流印加時間で調整できる。すなわち、エッチング工程は計２工程で行い、第１の工程では、例えば塩素イオンを含む水溶液中で直流電流にて電気化学的に電極箔にエッチングを行って、エッチングピットを形成する。第２の工程では、例えば硝酸イオンあるいは塩素イオンを含む水溶液中で前記電極箔を電気化学的あるいは化学的にエッチングして、すでに形成されたエッチングピットを拡大する。エッチングピットの深さは、第１の工程での電流印加時間に影響を受ける。
　エッチングピットの深さは２７μｍ以下である。１００ｋＨｚ以上の周波数領域では２７μｍ超の深部帯は静電容量に増加に寄与しないわりに、残芯部を薄厚化してしまうか、電極箔が厚くなるかのデメリットが生じるためである。その理由を考察すると、エッチングピットは、深さ方向に深度帯ごとの抵抗が直列し、各深度帯のコンデンサが其の深度帯までの合成抵抗に直列接続されてなる等価回路で表すことができる。即ち、エッチングピットは、深さに応じて高い抵抗値を有する抵抗成分とコンデンサ成分のＲＣ回路群を備え、浅い深度帯と深い深度帯とで充電速度に差が出る。２７μｍ以上の深さの深度帯となると、１００ｋＨｚ以上の交流では十分に充放電される程に小さい時定数Ｒ×Ｃを有しない。
　エッチングピットの深さが１２μｍ以上２０μｍ以下までは、１００ｋＨｚ以上の周波数領域において、エッチングピットの深さに対する静電容量の増加率が鈍化し始めるものの、エッチングピットの深さにほぼ比例して静電容量が増加する。従って、エッチングピットの深さが最も効率よく静電容量の増加につながるため、効率性の観点では、エッチングピットの深さが１２μｍ以上２０μｍ以下であると好ましい。また、エッチングピットの深さが２０μｍ以上２７μｍ以下では、１００ｋＨｚ以上の周波数領域において、エッチングピットの深さの増加に対してまだ静電容量の増加が見込まれる。従って、静電容量の観点では、エッチングピットの深さが２０μｍ以上２７μｍ以下であると好ましい。
　尚、エッチングピットの深さは、化成皮膜レプリカ法にて測定して規定された。化成皮膜レプリカ法とは、拡面化された電極箔に化成皮膜を付与し、アルミニウム素地をヨウ素－メタノール溶液などにより溶解させてエッチングピットの形状を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する方法である。エッチングピットの深さは、ＳＥＭで観察し、１００本をランダムに選択し、その平均値をとった。
　更に、電極箔は、用途に応じて化成処理により誘電体皮膜が形成されている。誘電体皮膜は、電極箔の表面をエッチングピットの内壁面を含めて酸化させて成る。この誘電体皮膜は、典型的には、ハロゲンイオン不在の緩衝溶液中で電極箔を陽極にして電圧印加することで形成される。緩衝溶液としては、ホウ酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、アジピン酸アンモニウム、有機酸アンモニア等が挙げられる。
　（電解コンデンサ）
　この電極箔を用いた電解コンデンサとして、電極箔を巻回して成るコンデンサ素子に電解液を含浸した巻回型の非固体電解コンデンサを例にとり説明するが、これに限ることなく、ハイブリッド形電解コンデンサ及び両極性電解コンデンサ、並びに積層型コンデンサも含まれる。
　電解コンデンサにおいてコンデンサ素子は、一方又は両方が誘電体皮膜を有してエッチングピットの深さが２７μｍ以下に止められた電極箔を陽極箔及び陰極箔として、この陽極箔と陰極箔をセパレータを介在させて円筒状に巻回して成る。コンデンサ素子は電解液に含浸された後、陽極端子および陰極端子が引き出される。陽極端子及び陰極端子は、合成樹脂板等の硬質基板絶縁板の表面および裏面にゴム板等の弾性絶縁体が貼り付けられた封口体に設けた外部端子と接続される。そして、このコンデンサ素子は有底筒状の外装ケースに収納され、封口体で封止され、エージング処理されることで、巻回形コンデンサの態様を採る。
　セパレータは、クラフト、マニラ麻、エスパルト、ヘンプ、レーヨン等のセルロースおよびこれらの混合紙、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樹脂、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ビニロン系樹脂、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樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、トリメチルペンテン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリル樹脂等があげられ、これらの樹脂を単独で又は混合して用いることができる。
　電解液の溶媒は、特に限定されるものではないが、高圧用途の電解液の溶媒としてはエチレングリコールを用いることが好ましく、その他の溶媒を併用してもよい。また、電解液の溶媒としては、プロトン性の有機極性溶媒として、一価アルコール類、多価アルコール類及びオキシアルコール化合物類が挙げられる。一価アルコール類としては、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロブタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、エチレングリコールの他、γ－ブチロラクトン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，２－プロパンジオール、グリセリン、１，３－プロパンジオール、１，３－ブタンジオール、２－メチル－２，４－ペンタンジオール等が挙げられる。オキシアルコール化合物類としては、プロピレングリコール、グリセリン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メトキシプロピレングリコール、ジメトキシプロパノール等が挙げられる。
　また、非プロトン性の有機極性溶媒としては、アミド系、ラクトン類、スルホラン類、環状アミド系、ニトリル系及びオキシド系が挙げられる。アミド系としては、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、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、ヘキサメチルホスホリックアミド等が挙げられる。環状アミド系としては、γ　ブチロラクトン、Ｎ　メチル　２　ピロリドン、エチレンカルボネイト、プロピレン　カルボネート、イソブチレンカルボネート、イソブチレンカルボネート等が挙げられる。ニトリル系としては、アセトニトリル等が挙げられる。オキシド系としては、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
　電解液の溶質は、通常電解コンデンサ駆動用電解液に用いられる、酸の共役塩基をアニオン成分とする、アンモニウム塩、アミン塩、４級アンモニウム塩および環状アミジン化合物の四級塩が挙げられる。アミン塩を構成するアミンとしては１級アミン（メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、エチレンジアミン等）、２級アミン（ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、メチルエチルアミン、ジフェニルアミン等）、３級アミン（トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリフェニルアミン、１，８　ジアザビシクロ（５，４，０）　ウンデセン　７等）が挙げられる。第４級アンモニウム塩を構成する第４級アンモニウムとしてはテトラアルキルアンモニウム（テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、メチルトリエチルアンモニウム、ジメチルジエチルアンモニウム等）、ピリジウム（１　メチルピリジウム、１　エチルピリジウム、１，３　ジエチルピリジウム等）が挙げられる。また、環状アミジン化合物の四級塩を構成するカチオンとしては、以下の化合物を四級化したカチオンが挙げられる。すなわち、イミダゾール単環化合物（１　メチルイミダゾール、１，２－ジメチルイミダゾール、１，４　ジメチル　２　エチルイミダゾール、１　フェニルイミダゾール等のイミダゾール同族体、１－メチル－２－オキシメチルイミダゾール、１－メチル－２－オキシエチルイミダゾール等のオキシアルキル誘導体、１－メチル－４（５）－ニトロイミダゾール、１，２－ジメチル－４（５）－ニトロイミダゾール等のニトロおよびアミノ誘導体）、ベンゾイミダゾール（１－メチルベンゾイミダゾール、１－メチル－２－ベンジルベンゾイミダゾール等）、２－イミダゾリン環を有する化合物（１　メチルイミダゾリン、１，２－ジメチルイミダゾリン、１，２，４－トリメチルイミダゾリン、１，４－ジメチル－２－エチルイミダゾリン、１－メチル－２－フェニルイミダゾリン等）、テトラヒドロピリミジン環を有する化合物（１－メチル－１，４，５，６－テトラヒドロピリミジン、１，２－ジメチル－１，４，５，６－テトラヒドロピリミジン、１，８－ジアザビシクロ〔５．４．０〕ウンデセン－７、１，５－ジアザビシクロ〔４．３．０〕ノネン等）等である。アニオン成分としては、カルボン酸、フェノール類、ほう酸、リン酸、炭酸、ケイ酸等の酸の共役塩基が例示される。
　（実施例）
　（実施例１）
　トンネル状のエッチングピットの深さが２７μｍである電極箔を陽極箔とする実施例１のコンデンサ素子を作成した。詳細には、２０ｍｍ×２０ｍｍの広さを有し、電極箔厚が１２５μｍのアルミニウム箔を陽極箔とした。この陽極箔に２段階のエッチング処理を施した。エッチング処理において、第１の工程では、塩酸を含む水溶液中で直流電流にて電気化学的にアルミニウム箔にエッチングを行って、エッチングピットを形成した。第２の工程では、硝酸を含む水溶液中で前記アルミニウム箔を電気化学的あるいは化学的にエッチングして、すでに形成されたエッチングピットを拡大した。エッチングピットを形成した電極箔をホウ酸アンモニウム水溶液中で化成化処理し、表面に酸化被膜層を形成した。化成被膜レプリカ法によりエッチングピットの深さを測定したところ、エッチングピットの深さは２７μｍであった。
　また、３０ｍｍ×２５ｍｍの広さを有し、電極箔厚が約２０μｍのアルミニウム箔を陰極箔とし、この陰極箔には交流エッチング処理を施し、表面に海綿状のエッチングピットを形成した。この陽極箔と陰極箔に、首部をシリコーンで被覆したアルミニウム製のリード線を取り付けた。この陰極箔を２枚用意し、その間にクラフトで３０ｍｍ×２５ｍｍのセパレータを介在させて、陽極箔１枚を重ね合わせた。
　セパレータには、エチレングリコールを主溶媒とし、ホウ酸を主溶質とする電解液を含浸させておいた。そして、重ね合わせた陽極箔、陰極箔及びセパレータの層をガラスプレートで挟むことで、実施例１のコンデンサ素子を完成させた。
　（比較例１～４）
　エッチング処理の際に電流印加時間を調整することにより、トンネル状のエッチングピットの深さが５５μｍとなった陽極箔を用いた比較例１のコンデンサ素子、エッチングピットの深さが４８μｍとなった陽極箔を用いた比較例２のコンデンサ素子、エッチングピットの深さが４２μｍとなった陽極箔を用いた比較例３のコンデンサ素子、及びエッチングピットの深さが３３μｍとなった陽極箔を用いた比較例４のコンデンサ素子を完成させた。
　比較例１～４のコンデンサ素子は、エッチングピットの深さを除き、実施例１のコンデンサ素子と同一方法及び同一条件に製作された。
　（静電容量測定１）
　実施例１及び比較例１～４のコンデンサ素子の静電容量を測定した。測定にはＬＣＲメータ（Agilent Technologies社製、4284A）を用いた。測定では、周囲温度が２１℃であり、交流電流レベルが１．０Ｖｒｍｓであり、測定周波数を１Ｈｚから１２０ｋＨｚの範囲とした。各周波数での充電及び静電容量の測定は３回ずつ行い、横軸を周波数とし、縦軸を静電容量とするグラフにプロットした。その結果を図１～図７に示す。図１のグラフは比較例１、図２のグラフは比較例２、図３のグラフは比較例３、図４のグラフは比較例４、図５のグラフは実施例１の結果を示す。図６のグラフは、実施例１及び比較例１～４の各平均値をプロットしたグラフである。
　図１～図６に示すように、１０ｋＨｚ未満の周波数で各コンデンサ素子を測定した場合には、エッチングピットの深さに応じて静電容量が高くなっている。具体的には、比較例１～４に対して実施例１は静電容量が１．０～０．５μＦほど小さい。しかし、１０ｋＨｚ超の周波数においては、周波数が高くなるほど、エッチングピットの深さに応じた静電容量の差が小さくなっていく。
　そして、１００ｋＨｚの周波数で測定したところ、実施例１が平均０．９７μＦ、比較例１が平均１．０９μＦ、比較例２が平均１．０５μＦ、比較例３が平均１．０７μＦ、比較例４が平均１．００μＦとなった。即ち、１００ｋＨｚの周波数では、実施例１のエッチングピットは２７μｍと浅いにも関わらず、実施例１の静電容量と比較例１～４の静電容量とが１．０μＦ前後と変わるところが無くなった。
　また、１２０ｋＨｚの周波数で測定したところ、実施例１が平均０．９０μＦ、比較例１が平均１．０１μＦ、比較例２が平均０．９８μＦ、比較例３が平均０．９９μＦ、及び比較例４が平均０．９３μＦとなり、１２０ｋＨｚの周波数では、実施例１のエッチングピットは２７μｍと浅いにも関わらず、実施例１の静電容量と比較例１～４の静電容量とが０．９５μＦ前後と変わるところが無くなった。
　このように、１００ｋＨｚ以上の周波数では、実施例１のエッチングピットは２７μｍと浅いにも関わらず、実施例１の静電容量と比較例１～４の静電容量とが代わり映えしなかった。この結果は、１００ｋＨｚ以上の周波数領域では、エッチングピットの深さが２７μｍ以下であるとき、エッチングピットの全域が効率的に充放電され、２７μｍ超の深部帯はコンデンサ素子の静電容量に寄与していないことを示している。
　従って、エッチングピットの深さを２７μｍ以下とした電極箔は、良好な強度にできる残芯部の厚みを有しつつ、箔厚を薄くできる。そして、巻回型の電解コンデンサは、大型化せずに、このような電極箔をより収容でき、積層型の電解コンデンサは、大型化せずに、このような電極箔をより多く積層でき、高い静電容量を有するものとなる。
　（実施例２～４）
　トンネル状のエッチングピットの深さが２０μｍである電極箔を陽極箔とする実施例２のコンデンサ素子、トンネル状のエッチングピットの深さが１２μｍである電極箔を陽極箔とする実施例３のコンデンサ素子、トンネル状のエッチングピットの深さが６μｍである電極箔を陽極箔とする実施例４のコンデンサ素子を、実施例１と同じ製造方法及び同じ条件によって各々作製した。
　（静電容量測定２）
　これら実施例２～４のコンデンサ素子の静電容量を実施例１及び比較例１～４と同一の条件にて測定した。その結果を実施例１及び比較例１～４の平均値とともに図７に示す。図７は、実施例１～４並びに比較例１～４の測定結果を１Ｈｚから１００ｋＨｚまでプロットしたグラフである。また、実施例１～４並びに比較例１～４のコンデンサ素子に対して１２０Ｈｚ及び１００ｋＨｚの交流電流を流したときの、各交流電流における静電容量とエッチングピットの深さとの関係を図８に示す。
　図７に示すように、エッチングピットの深さが６μｍである場合、１Ｈｚから１００ｋＨｚまで静電容量の変化がない。エッチングピットの深さが１２μｍでは、高周波数領域になると静電容量が若干低下し始め、図８を確認すると、１２０Ｈｚと１００ｋＨｚとで相違が生じ始める基点であることがわかる。
　また、図７に示すように、エッチングピットの深さが１２μｍの１．６倍である２０μｍである場合、１００ｋＨｚにおける静電容量は０．８８μＦであり、これはエッチングピットの深さが１２μｍのときの１００ｋＨｚにおける静電容量である０．３９μＦと比べ、約２．２６倍に相当する。一方、エッチングピットの深さが１２μｍの２．２５倍である２７μｍである場合、１００ｋＨｚにおける静電容量は０．９７μＦであり、これはエッチングピットの深さが１２μｍのときの１００ｋＨｚにおける静電容量である０．３９μＦと比べ、約２．４９倍に相当する。
　これにより、エッチングピットの深さが１２μｍ以上２０μｍ以下までは、エッチングピットの深さに対する静電容量の増加率は鈍化し始めているものの、エッチングピットの深さに応じた静電容量が効率良く得られていることが確認できる。また、エッチングピットの深さが２０μｍ以上２７μｍ以下では、エッチングピットの深さに対する静電容量の増加率は鈍化するものの、２７μ超と比べて静電容量の増加は十分であることがわかる。従って、エッチングピットの深さに対する静電容量増加の効率性の観点では、１２μｍ以上２０μｍまでが望ましく、電極箔の強度と静電容量との観点では、２０μｍ以上２７μｍ以下が望ましいことが確認された。
　以上、本実施例においては、周波数が１００ｋＨｚのみの電流を流した場合について述べたが、これに限らない。本発明の電極箔に、周波数が１００ｋＨｚ以上の高周波領域における波形と、周波数が１００ｋＨｚ未満の低周波領域の波形とが合成された電流を流した場合でも、実施例と同様の効果を得ることができる。このようなコンデンサは、インバータ回路などに近年使用されているパワー半導体のスイッチング周波数の高周波化に対応した回路に適用することができ、電力変換器の高効率化、小型化に寄与する。
　例えば、ピット長が５５μｍの電極箔を用いたコンデンサを並列して２つ接続した回路に対し、１２０Ｈｚと１００ｋＨｚの周波数とが合成された電流が流されたものとする。この場合、１２０Ｈｚ領域においてはピット長分の静電容量が引き出される。しかし、１００ｋＨｚ領域においては、ピット長の長さに比べて引き出される静電容量が小さい。
　これに対し、２つのコンデンサのうち、一方をピット長が５５μｍの電極箔を用いたコンデンサ、他方を本実施例の２７μｍの電極箔を用いたコンデンサにして並列接続した回路に対し、１２０Ｈｚと１００ｋＨｚの周波数とが合成された電流が流されたものとする。
　このとき、ピット長が５５μｍの電極箔を用いたコンデンサは、１２０Ｈｚ領域に対応する静電容量を多く引き出すが、１００ｋＨｚ領域に対応する静電容量についてはピット長の一部しか利用されない関係上、コンデンサとして引き出せる静電容量が小さい。他方、ピット長が２７μｍの電極箔を用いたコンデンサは、電極箔の厚さが薄いので、コンデンサとして同じ大きさにも関わらず、多くの電極箔を巻回することができる。そうすると、ピット長が２７μｍの電極箔を用いたコンデンサは、１００ｋＨｚ領域については、ピット長が５５μｍの電極箔を用いたコンデンサより多くの静電容量を引き出せることになる。
　つまり、ピット長が５５μｍの電極箔を用いたコンデンサでは十分に静電容量を引き出せなかった周波数領域については、ピット長が２７μｍの電極箔を用いたコンデンサである並列接続されたもう一方によって対応するものである。このように静電容量を効率よく引き出せる周波数成分が異なるコンデンサを複数並列接続させると、異なる周波数成分が合成された電流波形が適用される電力変換器では回路全体の高効率化が図られる。

Claims (5)

  1. 　１００ｋＨｚ以上の周波数領域で使用される電解コンデンサに備えられる電極箔であって、
    　前記電極箔の表面に形成されたトンネル状のエッチングピットを有し、
    　前記エッチングピットの深さは、２７μｍ以下であること、
    　を特徴とする電極箔。
  2. 　前記エッチングピットの深さは、１２μｍ以上２７μｍ以下であること、
    　を特徴とする請求項１記載の電極箔。
  3. 　前記電極箔はアルミニウム箔であること、
    　を特徴とする請求項１又は２記載の電極箔。
  4. 　１００ｋＨｚ以上の周波数領域で使用される電解コンデンサであって、
    　請求項１乃至３の何れかに記載の電極箔を備えること、
    　を特徴とする電解コンデンサ。
  5. 　前記電極箔により成る陽極箔及び陰極箔と、
    　前記陽極箔と前記陰極箔との間のセパレータと、
    　エチレングリコールを主体とする電解液と、
    　を有すること、
    　を特徴とする請求項４記載の電解コンデンサ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210018201A (ko) * 2018-06-11 2021-02-17 니폰 케미콘 가부시키가이샤 전극체, 전극체를 구비하는 전해 콘덴서 및 전극체의 제조 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110277246B (zh) * 2019-07-03 2020-10-27 西安交通大学 一种用激光照蚀制备电解电容器用多孔铝箔及方法
TWI826264B (zh) * 2023-02-17 2023-12-11 鈺邦科技股份有限公司 捲繞型電容器封裝結構及其封口元件

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02288217A (ja) * 1989-04-28 1990-11-28 Marcon Electron Co Ltd 固体電解コンデンサ
JPH09148200A (ja) 1995-11-17 1997-06-06 Marcon Electron Co Ltd 電解コンデンサ用電極箔の製造方法
JP2003059769A (ja) * 2001-08-10 2003-02-28 Nippon Chemicon Corp 固体電解コンデンサ
JP2016143750A (ja) * 2015-02-02 2016-08-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電解コンデンサ

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2627456B2 (ja) * 1990-03-08 1997-07-09 住友軽金属工業 株式会社 電解コンデンサ用アルミニウム箔
JP2828738B2 (ja) * 1990-06-08 1998-11-25 昭和電工株式会社 固体電解コンデンサ
JP2960117B2 (ja) * 1990-06-25 1999-10-06 昭和アルミニウム株式会社 電解コンデンサ電極用アルミニウム箔
JPH08203784A (ja) * 1995-01-24 1996-08-09 Showa Denko Kk 固体電解コンデンサ
JPH11283874A (ja) * 1998-01-28 1999-10-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電解コンデンサ
SG97822A1 (en) * 1998-12-01 2003-08-20 Rubycon Corp Electrolytic solution for electrolytic capacitor and electrolytic capacitor using the same
JP3381657B2 (ja) * 1999-03-29 2003-03-04 日本ケミコン株式会社 均一深さのトンネル状ピットを有する電解箔、それを電極とする電解コンデンサー並びに該箔の製造方法
JP4556461B2 (ja) * 2004-03-22 2010-10-06 パナソニック株式会社 アルミ電解コンデンサ用エッチング箔の製造方法
JP5093978B2 (ja) * 2004-09-30 2012-12-12 日本ケミコン株式会社 固体電解コンデンサ及びその製造方法
CN1822267B (zh) * 2006-03-14 2010-05-12 万裕三信电子(东莞)有限公司 固体电解电容器的制造方法
CN1848322B (zh) * 2006-03-17 2010-06-30 北京科技大学 一种可控高压阳极铝箔隧道孔长度的腐蚀方法
CN100511520C (zh) * 2007-01-29 2009-07-08 长春迪吉特儿-泰克电子有限公司 固体电容器制造用治具及其用途
CN101503801B (zh) * 2009-03-30 2010-10-20 日丰（清远）电子有限公司 一种电解电容器用铝箔腐蚀工艺
JP2011006747A (ja) * 2009-06-26 2011-01-13 Mitsubishi Alum Co Ltd 電解コンデンサ用アルミニウム箔
US20140161970A2 (en) * 2010-12-30 2014-06-12 Xinjiang Joinworld Co., Ltd. A method of manufacturing an anode foil for aluminum electrolytic capacitor
JP6606666B2 (ja) * 2013-09-09 2019-11-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 蓄電デバイスおよびその製造方法およびセパレータ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02288217A (ja) * 1989-04-28 1990-11-28 Marcon Electron Co Ltd 固体電解コンデンサ
JPH09148200A (ja) 1995-11-17 1997-06-06 Marcon Electron Co Ltd 電解コンデンサ用電極箔の製造方法
JP2003059769A (ja) * 2001-08-10 2003-02-28 Nippon Chemicon Corp 固体電解コンデンサ
JP2016143750A (ja) * 2015-02-02 2016-08-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電解コンデンサ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3522190A4

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210018201A (ko) * 2018-06-11 2021-02-17 니폰 케미콘 가부시키가이샤 전극체, 전극체를 구비하는 전해 콘덴서 및 전극체의 제조 방법
US11756740B2 (en) 2018-06-11 2023-09-12 Nippon Chemi-Con Corporation Electrode body, electrolytic capacitor provided with electrode body, and method for producing electrode body
KR102634211B1 (ko) * 2018-06-11 2024-02-05 니폰 케미콘 가부시키가이샤 전극체, 전극체를 구비하는 전해 콘덴서 및 전극체의 제조 방법

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