WO2024024888A1 - 電解コンデンサおよび電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

電解コンデンサおよび電解コンデンサの製造方法 Download PDF

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WO2024024888A1
WO2024024888A1 PCT/JP2023/027572 JP2023027572W WO2024024888A1 WO 2024024888 A1 WO2024024888 A1 WO 2024024888A1 JP 2023027572 W JP2023027572 W JP 2023027572W WO 2024024888 A1 WO2024024888 A1 WO 2024024888A1
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electrolytic capacitor
insulating
foil
cathode foil
conductive polymer
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PCT/JP2023/027572
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由起也 下山
智之 田代
瞬平 松下
穂南 児島
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • 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
    • 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
    • H01G9/145Liquid electrolytic capacitors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/15Solid electrolytic capacitors

Definitions

  • the present disclosure relates to an electrolytic capacitor and a method for manufacturing an electrolytic capacitor.
  • An electrolytic capacitor that includes a wound body of an anode foil, a separator, and a cathode foil is known as an electrolytic capacitor.
  • An example of such an electrolytic capacitor includes a conductive polymer layer disposed within a winding. The conductive polymer layer is formed, for example, by impregnating the wound body with a dispersion containing a conductive polymer.
  • electrolytic capacitors including conductive polymer layers and methods for manufacturing the same.
  • Patent Document 1 Patent No. 50627378 describes an organic sulfonate consisting of a polystyrene sulfonate and an aromatic sulfonate having a number average molecular weight of 10,000 to 300,000, Pyrrole or its derivative is oxidatively polymerized using an organic sulfonate in which the aromatic sulfonic acid moiety of the aromatic sulfonate is 20 to 50% by mass based on the polystyrene sulfonic acid moiety, and a persulfate.
  • a dispersion containing a synthesized conductive polymer and having a total concentration of 1% by mass of the conductive polymer and that derived from the added pH improver has a pH of 1.5 to 4. 5.” is disclosed.
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-27767 discloses a dispersion a) containing at least particles b) of a predetermined conductive polymer, a binder c), and a dispersant d) in a capacitor body containing at least a solid electrolyte. and at least partially removing the dispersant d) and/or curing the binder c) to form a conductive polymeric outer layer.
  • Patent Document 3 Japanese Patent No. 6951159 describes, "an anode made of a valve metal, a dielectric layer made of an oxide of the valve metal, and a conductive material provided on the opposite side of the dielectric layer to the anode. and a solid electrolyte layer formed between the dielectric layer and the cathode, the solid electrolyte layer comprising a conductive composite containing a ⁇ -conjugated conductive polymer and a polyanion, and a binder. and the binder contains styrene-butadiene rubber.''
  • Patent No. 5062738 Japanese Patent Application Publication No. 2007-27767 Patent No. 6951159
  • the separator By using a separator, it is possible to prevent the distance between the anode foil and the cathode foil from becoming too short. Therefore, by using a separator, short circuits, increases in leakage current, decreases in withstand voltage, etc. can be suppressed. On the other hand, the presence of the separator reduces the volume capacity density (capacity density per unit volume).
  • one of the objectives of the present disclosure is to provide an electrolytic capacitor that is highly reliable even without a separator and a method for manufacturing the same.
  • the electrolytic capacitor includes a laminate of an anode foil having a dielectric layer formed on its surface and a cathode foil, and a conductive polymer and an insulating material disposed between the dielectric layer and the cathode foil.
  • the insulating material is at least one selected from the group consisting of insulating fibers and insulating particles, and a separator is disposed between the anode foil and the cathode foil. It has not been.
  • Another aspect of the present disclosure relates to a method for manufacturing an electrolytic capacitor that includes an anode foil and a cathode foil on which a dielectric layer is formed.
  • the manufacturing method includes applying a dispersion containing a conductive polymer and an insulating substance to at least one element selected from the dielectric layer and the cathode foil and drying the dispersion.
  • step (i) forming a layer containing molecules and the insulating material on the at least one element; and a step (ii) of laminating the cathode foil and the cathode foil in this order to form a laminate, the insulating substance containing at least one selected from the group consisting of insulating fibers and insulating particles,
  • step (ii) the anode foil and the cathode foil are laminated without using a separator.
  • the electrolytic capacitor can have a high volumetric capacitance density.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing an electrolytic capacitor according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing a capacitor element according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a part of an example of an anode foil on which a layer containing a conductive polymer is formed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a part of another example of an anode foil in which a layer containing a conductive polymer is formed.
  • the manufacturing method according to this embodiment is a method for manufacturing an electrolytic capacitor including an anode foil and a cathode foil each having a dielectric layer formed on the surface thereof.
  • the manufacturing method may be hereinafter referred to as "manufacturing method (M)".
  • the manufacturing method (M) includes step (i) and step (ii) in this order. These steps will be explained below.
  • Step (i) is applying a dispersion containing a conductive polymer and an insulating substance to at least one element selected from a dielectric layer formed on the surface of an anode foil and a cathode foil, and drying the dispersion. forming a layer containing a conductive polymer and an insulating material on the at least one element.
  • the insulating substance, the dispersion, and the layer may be hereinafter referred to as "insulating substance (I),""dispersion(D1),” and “layer (PL),” respectively.
  • the dispersion (D1) contains the insulating substance (I). Therefore, by forming the layer (PL) using the dispersion (D1), when a laminate is formed, the distance between the anode foil and the cathode foil is ensured by the insulating substance (I). Therefore, by using the dispersion (D1), it is possible to obtain a highly reliable electrolytic capacitor without a separator. By not using a separator, it is possible to reduce the ESR of the electrolytic capacitor. Furthermore, by not using a separator, it is possible to increase the volumetric capacitance density of the electrolytic capacitor.
  • the method for applying and drying the dispersion (D1) is not particularly limited, and known methods may be used.
  • the coating method may be a method using a coater or a method of spraying the dispersion (D1).
  • the at least one element described above may be immersed in the dispersion (D1).
  • the dispersion (D1) may be dried by removing at least a portion of the dispersion medium by heating.
  • heating may be performed at a temperature of 100°C or higher (for example, 120°C or higher or 140°C or higher).
  • heating is performed at a temperature that does not affect components such as the conductive polymer, for example, at a temperature of 160° C. or lower.
  • There is no limitation on the heating time and the heating time may be determined by taking into consideration the amount of evaporation of the dispersion medium. Drying may be performed under reduced pressure.
  • the at least one element may be a dielectric layer, a cathode foil, or a dielectric layer and a cathode foil.
  • the at least one element includes a dielectric layer.
  • the layer (PL) is a conductive polymer layer containing a conductive polymer.
  • the layer (PL) or the layer (PL) and the liquid component (L) described below can function as an electrolyte.
  • the thickness T of the conductive polymer layer (including the layer (PL)) disposed between the anode foil and the cathode foil is preferably 10 ⁇ m or more, 30 ⁇ m or more, or 50 ⁇ m or more. By setting the thickness T to 30 ⁇ m or more, a distance between the anode foil and the cathode foil can be secured.
  • the upper limit of the thickness T is not particularly limited, an excessively thick conductive polymer layer reduces the effect of not using a separator and increases the formation time and formation cost. Therefore, the thickness T may be 80 ⁇ m or less, or 60 ⁇ m or less.
  • the thickness of the layer (PL) may be within the range exemplified for the thickness T.
  • the conductive polymer layer disposed between the anode foil and the cathode foil consists of a layer (PL) and another conductive polymer layer (for example, a second conductive polymer layer to be described later)
  • the layer The thickness of (PL) may be in a smaller range than the range illustrated for thickness T.
  • the insulating substance (I) contains at least one selected from the group consisting of insulating fibers and insulating particles.
  • the insulating substance (I) may be composed only of insulating fibers, may be composed only of insulating particles, or may contain both.
  • the insulating substance (I) preferably contains insulating fibers because it is easy to adhere uniformly onto the dielectric layer. By including the insulating substance (I), a decrease in withstand voltage and an increase in leakage current can be suppressed even when a separator is not used in an electrolytic capacitor.
  • the insulating fibers used as the insulating substance (I) may include fibers containing at least one substance selected from the group consisting of cellulose, rayon, aramid, polyester, polyimide, and nylon; It may also be a fiber made of seed material. By using these insulating fibers, the dispersibility in the dispersion (D1) can be improved, and a decrease in the withstand voltage of the electrolytic capacitor can be particularly suppressed. Alternatively, insulating fibers other than these may be used.
  • the average diameter of the insulating fibers may be 0.1 ⁇ m or more, 1 ⁇ m or more, or 10 ⁇ m or more, or 100 ⁇ m or less, or 50 ⁇ m or less.
  • the cross section of the insulating fiber may be approximately a perfect circle, or may have another shape (for example, an ellipse).
  • the diameter of the fiber means the equivalent circle diameter.
  • the average fiber length of the insulating fibers may be 100 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the average fiber length is not particularly limited, but may be, for example, 5000 ⁇ m or less.
  • the average fiber length is determined by arithmetic averaging the lengths of 30 fibers.
  • the insulating particles used as the insulating substance (I) are selected from the group consisting of polyolefin, polyester, polytetrafluoroethylene, and ceramics (insulating ceramics) from the viewpoint of suppressing a decrease in withstand voltage of the electrolytic capacitor.
  • the particles may include particles containing at least one kind of substance, or may be particles made of the at least one kind of substance. Alternatively, insulating particles other than these may be used.
  • the average particle diameter of the insulating particles may be 0.1 ⁇ m or more, 10 ⁇ m or more, or 20 ⁇ m or more, or 100 ⁇ m or less, or 50 ⁇ m or less.
  • the average particle size is the median diameter (D50) at which the cumulative volume is 50% in a volume-based particle size distribution. The median diameter is determined using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer.
  • the shape of the insulating particles is not particularly limited, and may be spherical (including ellipsoidal or the like), scale-like, needle-like, or lattice-like. Alternatively, the shape of the insulating particles may not be particularly determined.
  • Insulating fibers and insulating particles are commercially available in various materials and shapes. Commercially available insulating fibers and/or insulating particles may be used as the insulating substance (I). Alternatively, insulating fibers and/or insulating particles manufactured by known methods may be used.
  • the content Ci (mass%) of the insulating substance (I) in the dispersion (D1) may be 0.1 mass% or more, or 1.0 mass% or more, and 5.0 mass% or less, or It may be 3.0% by mass or less.
  • the content may be 1.0% by mass or more, the effects of the present disclosure can be enhanced.
  • the ratio Ci/Cc between the content Ci (mass%) and the content Cc (mass%) of the conductive polymer in the dispersion (D1) may be 0.1 or more, or 0.5 or more. , 2.0 or less, or 1.0 or less.
  • the ratio Ci/Cc By setting the ratio Ci/Cc to 0.5 or more, the effects of the present disclosure can be enhanced.
  • the ratio Ci/Cc By setting the ratio Ci/Cc to 1.0 or less, it is possible to suppress a decrease in the conductivity of the conductive polymer layer.
  • the dispersion medium is a medium in which the conductive polymer is dispersed.
  • the dispersion medium contains water.
  • the content of water in the dispersion medium may be 50% by mass or more, 70% by mass or more, 90% by mass or more, or 95% by mass or more.
  • the content may be 100% by mass. That is, the dispersion medium may be water.
  • the dispersion medium may contain an organic solvent other than water. Note that the additive (A) is not included in the dispersion medium.
  • the conductive polymer is not particularly limited, and any conductive polymer that can be used in electrolytic capacitors may be used.
  • As the conductive polymer a known conductive polymer used as an electrolyte of an electrolytic capacitor may be used.
  • Examples of conductive polymers include polypyrrole, polythiophene, polyfuran, polyaniline, polyacetylene, and derivatives thereof.
  • the derivatives include polymers having a basic skeleton of polypyrrole, polythiophene, polyfuran, polyaniline, and polyacetylene.
  • derivatives of polythiophene include poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and the like.
  • These conductive polymers may be used alone or in combination.
  • the conductive polymer may be a copolymer of two or more types of monomers.
  • the weight average molecular weight of the conductive polymer is not particularly limited, and may be in the range of 1,000 to 100,000, for example.
  • a preferred example of the conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT).
  • the conductive polymer may be doped with a dopant. From the viewpoint of suppressing dedoping from the conductive polymer, it is preferable to use a polymer dopant as the dopant.
  • polymeric dopants include polyvinylsulfonic acid, polystyrenesulfonic acid, polyallylsulfonic acid, polyacrylsulfonic acid, polymethacrylsulfonic acid, poly(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid), polyisoprenesulfonic acid, Contains polyacrylic acid, etc. These may be used alone or in combination of two or more. At least a portion of these may be added in the form of a salt.
  • a preferred example of the dopant is polystyrene sulfonic acid (PSS).
  • the conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and the dopant is polystyrene sulfonic acid.
  • the dopant may be a dopant containing an acidic group, or may be a polymer dopant containing an acidic group.
  • acidic groups include sulfonic acid groups, carboxyl groups, and the like.
  • the polymer dopant containing an acidic group is a polymer in which at least some of the structural units contain an acidic group. Examples of such polymeric dopants include those described above.
  • the weight average molecular weight of the dopant is not particularly limited. From the viewpoint of facilitating the formation of a homogeneous conductive polymer layer, the weight average molecular weight of the dopant may be in the range of 1,000 to 100,000.
  • the pH of the dispersion (D1) is preferably less than 7.0, preferably 6.0 or less or 5.0 or less, in order to suppress dedoping of the dopant. It may be.
  • the pH of the dispersion (D1) may be 1.0 or more, 2.0 or more, or 3.0 or more.
  • the conductive polymer may be present in the dispersion (D1) in the form of particles.
  • the average particle diameter (D50) of the conductive polymer particles may be 10 ⁇ m or more, 20 ⁇ m or more, or 100 ⁇ m or less.
  • the content of the conductive polymer in the dispersion (D1) may be 0.5% by mass or more, or 1.0% by mass or more, and 4.0% by mass or less, 3.0% by mass or less, or It may be 2.0% by mass or less.
  • the content may be in the range of 0.5 to 4.0% by weight, or in the range of 1.0 to 4.0% by weight. In either of these ranges, the upper limit may be 3.0% by mass or 2.0% by mass.
  • the content is in the range of 1.0 to 5.0% by mass because the physical properties of the dispersion (D1) and its stability over time are excellent, and the ESR and cost of the electrolytic capacitor are well balanced. (For example, in the range of 1.0 to 3.0% by mass).
  • the mass of the dopant contained in the dispersion (D1) is not particularly limited, and may be in the range of 0.1 to 5 times (for example, in the range of 0.5 to 3 times) the mass of the conductive polymer contained in the dispersion (D1). ).
  • the method for producing the dispersion (D1) is not particularly limited.
  • the dispersion (D1) can be produced by dispersing and dissolving the components of the dispersion (D1) in a dispersion medium.
  • the dispersion (D1) can be produced by adding the components of the dispersion (D1) to a dispersion medium and stirring the mixture.
  • the dispersion (D1) may contain an additive containing a hydroxy group and water as a dispersion medium.
  • the additive may be hereinafter referred to as "additive (A)".
  • the ratio Mh/Mt of the total formula weight Mh of hydroxyl groups contained in the additive (A) and the molecular weight Mt of the additive may be 0.001 or more.
  • ethylene glycol HO-CH 2 -CH 2 -OH
  • the weight average molecular weight is used for the molecular weight of the additive (A).
  • the conductive polymer (for example, conductive polymer particles) and the insulating substance (I) tend to aggregate.
  • aggregation of both can be suppressed. Therefore, by forming a conductive polymer layer using the dispersion (D1) to which the additive (A) is added, a conductive polymer layer in which the insulating substance (I) is highly dispersible can be formed.
  • the ratio Mh/Mt may be 0.03 or more, or 0.07 or more, or 0.9 or less. By setting the ratio Mh/Mt to 0.03 or more, the effect of the additive (A) can be sufficiently obtained.
  • the molecular weight of the additive (A) is preferably 500 or less. By setting the molecular weight to 500 or less, the dispersibility in the dispersion (D1) can be improved. As a result, the additive (A) tends to adhere to the defective portions of the dielectric layer.
  • the lower limit of the molecular weight is not particularly limited, but may be 44 or more, 80 or more, or 150 or more.
  • the molecular weight may be 500 or less, 400 or less, 200 or less, or 120 or less.
  • the number of hydroxy groups contained in the additive (A) may be one or more or two or more, and may be six or less or three or less. From the viewpoint of repairability in the defective portion of the dielectric layer, the number of hydroxy groups is preferably 3 or less.
  • Examples of the additive (A) include polyols.
  • polyol means an organic compound containing two or more hydroxy groups.
  • examples of polyols include glycols, glycerins, sugar alcohols, and the like.
  • the polyol may be a hydrocarbon compound substituted with two or more hydroxy groups (eg, an aliphatic hydrocarbon substituted with two or more hydroxy groups).
  • the additive (A) is preferably a compound that dissolves in water.
  • the additive (A) may be an organic compound having 3 or less hydroxy groups (for example, a lower alcohol having a valence of 3 or less).
  • the molecular weight of the organic compound may be 500 or less.
  • glycols examples include alkylene glycol (ethylene glycol, propylene glycol, etc.), diethylene glycol, triethylene glycol, polyalkylene glycol (e.g. polyethylene glycol), polyoxyethylene polyoxypropylene glycol (ethylene oxide/propylene oxide copolymer). etc. are included.
  • glycerins examples include glycerin and polyglycerin.
  • sugar alcohols include mannitol, xylitol, sorbitol, erythritol, pentaerythritol, and the like.
  • the additive (A) may be at least one selected from the group consisting of glycols, glycerins, and sugar alcohols.
  • the additive (A) may be at least one selected from the group consisting of ethylene glycol, polyethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, glycerin, polyglycerin, erythritol, xylitol, sorbitol, and mannitol.
  • a preferred example of the additive (A) is ethylene glycol.
  • the ratio Ca/Ci between the content Ca (mass%) of the additive (A) in the dispersion (D1) and the content Ci (mass%) of the insulating substance (I) in the dispersion (D1) is 0. It may be greater than or equal to .1, or greater than or equal to 1.0, and may be less than or equal to 8.0, or less than or equal to 4.0.
  • the manufacturing method (M) may include a step of forming a conductive polymer layer using the dispersion (D2).
  • the dispersion (D2) is a dispersion obtained by removing the insulating substance (I) from the dispersion exemplified as the dispersion (D1).
  • a second conductive polymer layer is formed on the first conductive polymer layer using the dispersion (D2).
  • a conductive polymer layer may be formed.
  • the step of applying and drying the dispersion (dispersion (D1), dispersion (D2)) may be performed only once, or may be performed repeatedly multiple times. By repeating this process multiple times, the thickness of the conductive polymer layer can be increased.
  • Step (ii) is a step of laminating the anode foil and the cathode foil to form a laminate such that the layer (PL) is disposed between the dielectric layer formed on the surface of the anode foil and the cathode foil. It is.
  • the anode foil and the cathode foil are laminated without using a separator.
  • a laminate (capacitor element) that does not include a separator placed between the anode foil and the cathode foil can be formed. Therefore, it is possible to manufacture an electrolytic capacitor with high volumetric capacitance density.
  • the layer (PL) contains the insulating substance (I), the distance between the electrode plates of the anode foil and the cathode foil is maintained. As a result, performance deterioration due to the anode foil and the cathode foil coming too close together can be suppressed.
  • a capacitor element of a multilayer electrolytic capacitor includes a laminate of at least one anode foil and at least one cathode foil.
  • the laminate may be a laminate formed by laminating them in one direction.
  • the electrolytic capacitor may include multiple capacitor elements.
  • the laminate may be a wound body obtained by winding an anode foil and a cathode foil. That is, in step (ii), the anode foil and the cathode foil may be laminated by winding the anode foil and the cathode foil. In the wound body, the anode foil and the cathode foil are laminated in the radial direction. Therefore, the wound body is also a laminate.
  • the manufacturing method (M) may further include a step (Z) of impregnating the laminate with a liquid component after step (ii).
  • the liquid component may be hereinafter referred to as "liquid component (L)".
  • the method of impregnating the laminate with the liquid component (L) is not particularly limited. Step (Z) may be performed by immersing the laminate in the liquid component (L). Alternatively, step (Z) may be performed by housing the liquid component (L) and the laminate in an exterior body (case). Examples of the liquid component (L) will be described later.
  • the manufacturing method (M) may include step (Y1) and step (Y2) after step (ii) and before step (Z).
  • step (Y1) and step (Y2) may be collectively referred to as “step (Y).”
  • Step (Y1) is a step of impregnating the laminate with a treatment liquid containing water and an organic compound containing two or more hydroxy groups.
  • the organic compound and treatment liquid may be hereinafter referred to as “organic compound (C)” and “treatment liquid (S).”
  • Step (Y2) is a step of evaporating at least a portion of the water in the treatment liquid (S).
  • step (Y) it is possible to arrange the organic compound (C) in the conductive polymer layer. This makes it easier for the liquid component (L) to be impregnated into the laminate in step (Z).
  • step (Y1) the method of impregnating the laminate with the treatment liquid (S) is not limited.
  • the laminate may be immersed in the treatment liquid (S).
  • step (Y2) the step of evaporating at least a portion of the water in the treatment liquid (S) is not limited. Step (Y2) may be performed under the conditions exemplified for drying the dispersion (D1).
  • Examples of the organic compound (C) include polyols.
  • Examples of polyols include the compounds listed as examples of the polyol of additive (A).
  • the water content in the treatment liquid (S) may be 40% by mass or more, 60% by mass or more, 80% by mass or more, 90% by mass or more, or 95% by mass or more.
  • the content may be 99% by mass or less, 95% by mass or less, 90% by mass or less, or 80% by mass or less.
  • the content of the organic compound (C) in the treatment liquid (S) may be 1.0% by mass or more, 5.0% by mass or more, 10% by mass or more, or 20% by mass or more.
  • the content may be 60% by mass or less, 40% by mass or less, 20% by mass or less, or 10% by mass or less.
  • step (Z) may be performed after step (ii).
  • step (Y) and step (Z) may be performed after step (ii).
  • the laminate may be impregnated with a liquid (dispersion (D1), dispersion (D2), treatment liquid (S), liquid component (L), etc.) by immersing the laminate in the liquid.
  • the subsequent drying may be performed by heating the laminate. Heating may be performed under reduced pressure.
  • An example of the configuration and constituent elements of an electrolytic capacitor manufactured by the manufacturing method (M) will be described below. Note that the configuration and components of the electrolytic capacitor are not limited to the following examples. For components other than those characteristic of the present disclosure, components of known electrolytic capacitors may be used.
  • An electrolytic capacitor includes a capacitor element.
  • the capacitor element includes at least one anode foil, at least one cathode foil, and an electrolyte layer disposed between the anode foil and the cathode foil.
  • the anode foil may be a metal foil whose surface is made porous.
  • the dielectric layer is formed on at least a portion of the surface of the anode foil.
  • the thickness of the anode foil is not particularly limited and may be in the range of 15 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • valve metal As the material of the anode foil, a valve metal, an alloy containing a valve metal, or a compound of a valve metal can be used.
  • valve metals include titanium (Ti), tantalum (Ta), niobium (Nb), aluminum (Al), and the like.
  • the anode foil may be formed by etching the surface of a metal foil (for example, aluminum foil) as a material.
  • the dielectric layer formed on the surface of the anode foil may be formed by chemically treating the surface of the metal foil. There is no limitation on the chemical conversion treatment method, and any known chemical conversion treatment method may be applied.
  • the cathode foil is not particularly limited as long as it has a function as a cathode.
  • Examples of cathode foils include metal foils (eg, aluminum foils).
  • the type of metal is not particularly limited, and may be a valve metal or an alloy containing a valve metal.
  • the thickness of the cathode foil is not particularly limited and may be in the range of 15 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the surface of the cathode foil may be roughened or chemically treated, if necessary.
  • the cathode foil may include a conductive coating layer.
  • the coating layer may include carbon and at least one metal that has a lower ionization tendency than the valve metal. This makes it easier to improve the acid resistance of the metal foil.
  • the coating layer may contain at least one selected from the group consisting of carbon, nickel, titanium, tantalum, and zirconium. Among them, the coating layer may contain nickel and/or titanium because of their low cost and resistance.
  • the conductive polymer layer including the layer (PL), or the conductive polymer layer including the layer (PL) and the liquid component (L) can function as an electrolyte.
  • liquid component (L) examples include non-aqueous solvents and electrolytes.
  • a nonaqueous electrolyte containing a nonaqueous solvent and a solute dissolved in the nonaqueous solvent can be used as the electrolyte.
  • the liquid component (L) may contain a trace amount of water.
  • the liquid component (L) may be a component that is liquid at room temperature (25 ° C.) or a component that is liquid at the temperature at which the electrolytic capacitor is used. .
  • the non-aqueous solvent may be an organic solvent or an ionic liquid.
  • non-aqueous solvents include polyhydric alcohols such as ethylene glycol and propylene glycol, cyclic sulfones such as sulfolane (SL), lactones such as ⁇ -butyrolactone ( ⁇ BL), N-methylacetamide, N,N- Contains amides such as dimethylformamide and N-methyl-2-pyrrolidone, esters such as methyl acetate, carbonate compounds such as propylene carbonate, ethers such as 1,4-dioxane, ketones such as methyl ethyl ketone, formaldehyde, etc. .
  • a polymeric solvent may be used as the nonaqueous solvent.
  • polymeric solvents include polyalkylene glycols, derivatives of polyalkylene glycols, and compounds in which at least one hydroxyl group in a polyhydric alcohol is substituted with polyalkylene glycol (including derivatives).
  • examples of polymeric solvents include polyethylene glycol (PEG), polyethylene glycol glyceryl ether, polyethylene glycol diglyceryl ether, polyethylene glycol sorbitol ether, polypropylene glycol, polypropylene glycol glyceryl ether, polypropylene glycol diglyceryl ether, Includes polypropylene glycol sorbitol ether, polybutylene glycol, etc.
  • polymeric solvents further include ethylene glycol-propylene glycol copolymers, ethylene glycol-butylene glycol copolymers, propylene glycol-butylene glycol copolymers, and the like.
  • the non-aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • the liquid component (L) may contain an acid component and a base component.
  • acid components include maleic acid, phthalic acid, benzoic acid, pyromellitic acid, resorcinic acid, and the like.
  • base components include 1,8-diazabicyclo[5,4,0]undecene-7, 1,5-diazabicyclo[4,3,0]nonene-5, 1,2-dimethylimidazolinium, 1, 2,4-trimethylimidazoline, 1-methyl-2-ethyl-imidazoline, 1,4-dimethyl-2-ethylimidazoline, 1-methyl-2-heptylimidazoline, 1-methyl-2-(3'heptyl)imidazoline, These include 1-methyl-2-dodecylimidazoline, 1,2-dimethyl-1,4,5,6-tetrahydropyrimidine, 1-methylimidazole, 1-methylbenzimidazole, and the like.
  • the non-aqueous electrolyte includes a non-aqueous solvent and a solute (eg, an organic salt) dissolved therein.
  • a solute eg, an organic salt
  • examples of the non-aqueous solvent constituting the non-aqueous electrolyte include the above-mentioned non-aqueous solvents.
  • solutes include inorganic and organic salts.
  • An organic salt is a salt in which at least one of an anion and a cation contains an organic substance.
  • organic salts include trimethylamine maleate, triethylamine borodisalicylate, ethyldimethylamine phthalate, mono-1,2,3,4-tetramethylimidazolinium phthalate, mono-1,3-dimethyl-2-phthalate. Includes ethylimidazolinium.
  • the pH of the liquid component (L) may be less than 7.0 or 5.0 or less, 1.0 or more, or 2.0 or more.
  • the pH may be 1.0 or more and less than 7.0 (eg, in the range of 2.0 to 5.0).
  • the electrolytic capacitor may include other components (leads, exterior body, etc.) as necessary.
  • the lead and the exterior body are not particularly limited, and known leads and exterior bodies may be used.
  • the electrolytic capacitor according to this embodiment may be referred to as an "electrolytic capacitor (E)" below.
  • the electrolytic capacitor (E) can be manufactured by the manufacturing method (M) described above.
  • the matters explained regarding the manufacturing method (M) can also be applied to the electrolytic capacitor (E), so redundant explanations may be omitted. Further, the matters described regarding the electrolytic capacitor (E) may be applied to the manufacturing method (M). Note that the electrolytic capacitor (E) may be manufactured by a manufacturing method other than the manufacturing method (M).
  • the electrolytic capacitor (E) includes a laminate of an anode foil with a dielectric layer formed on the surface thereof and a cathode foil, and a laminate between the dielectric layer formed on the surface of the anode foil and the cathode foil. It includes a layer (layer (PL)) containing a conductive polymer and an insulating substance (insulating substance (I)). As described above, the insulating substance (I) is at least one selected from the group consisting of insulating fibers and insulating particles. No separator is placed between the anode foil and the cathode foil.
  • the electrolytic capacitor (E) does not include a separator placed between the anode foil and the cathode foil, the volumetric capacitance density can be increased.
  • the layer (PL) disposed between the anode foil and the cathode foil contains the insulating substance (I), the distance between the anode foil and the cathode foil can be set to a certain value or more.
  • the layer (PL) may further contain an additive (A) containing a hydroxy group.
  • the ratio Mh/Mt of the total formula weight Mh of the hydroxyl groups contained in the additive (A) and the molecular weight Mt of the additive may be within the above-mentioned range.
  • the laminate may be a laminate in which at least one anode foil and at least one cathode foil are laminated in one direction.
  • the laminate may be a wound body of an anode foil and a cathode foil.
  • the laminate may be impregnated with a liquid component (L).
  • the ratio between the content of the conductive polymer and the content of the insulating substance (I) in the layer (PL) is within the range exemplified for the ratio Ci/Cc between the content Ci and the content Cc in the dispersion (D1). It may be in
  • the ratio of the content of the additive A and the content of the insulating substance (I) in the layer (PL) is within the range exemplified for the ratio Ca/Ci of the content Ca and the content Ci in the dispersion (D1). There may be.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an electrolytic capacitor 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a partially expanded schematic diagram of capacitor element 10 included in electrolytic capacitor 100.
  • the electrolytic capacitor 100 is a laminated capacitor including a wound body (laminated body).
  • the electrolytic capacitor 100 includes a capacitor element 10, a bottomed case 101 that accommodates the capacitor element 10, a sealing member 102 that closes the opening of the bottomed case 101, a seat plate 103 that covers the sealing member 102, and a sealing member. It includes lead wires 104A, 104B led out from 102 and penetrating the seat plate 103, and lead tabs 105A, 105B connecting the lead wires and the electrodes of the capacitor element 10. The vicinity of the open end of the bottomed case 101 is drawn inward, and the open end is curled so as to be caulked to the sealing member 102.
  • the capacitor element 10 is, for example, a wound body as shown in FIG.
  • the wound body is formed by winding an anode foil 11 and a cathode foil 12.
  • a dielectric layer (not shown) is formed on the surface of the anode foil 11.
  • Capacitor element 10 includes a conductive polymer layer (not shown) disposed between anode foil 11 (more specifically, a dielectric layer on the surface of anode foil 11) and cathode foil 12.
  • the conductive polymer layer includes a layer (PL) containing a conductive polymer and an insulating substance (I).
  • the electrolytic capacitor 100 may include a liquid component (L) (for example, an electrolytic solution) impregnated into the capacitor element 10.
  • FIG. 2 shows a partially unfolded state before the outermost periphery of the wound body is stopped.
  • FIG. 3A A partial cross section of an example of the anode foil 11 on which the conductive polymer layer is formed is schematically shown in FIG. 3A.
  • a dielectric layer 11a is formed on the surface of the anode foil 11.
  • a conductive polymer layer 21 is formed on the dielectric layer 11a.
  • the conductive polymer layer 21 is the layer (PL) described above.
  • FIG. 3B A partial cross section of another example of the anode foil 11 on which the conductive polymer layer is formed is schematically shown in FIG. 3B.
  • a dielectric layer 11a is formed on the surface of the anode foil 11.
  • a conductive polymer layer 21 (first conductive polymer layer) and a conductive polymer layer 22 (second conductive polymer layer) are formed on the dielectric layer 11a.
  • the conductive polymer layer 21 is the layer (PL) described above.
  • the conductive polymer layer 22 is a conductive polymer layer that does not contain the insulating substance (I).
  • the electrolytic capacitor only needs to have at least one capacitor element, and may have multiple capacitor elements.
  • the number of capacitor elements included in an electrolytic capacitor may be determined depending on the application.
  • the layer further contains an additive containing a hydroxy group,
  • the electrolytic capacitor according to technique 1 wherein the ratio Mh/Mt of the total formula weight Mh of hydroxy groups contained in the additive to the molecular weight Mt of the additive is 0.03 or more.
  • the electrolytic capacitor according to technology 1 or 2 wherein the insulating fibers include fibers containing at least one substance selected from the group consisting of cellulose, rayon, polyester, polyimide, and nylon.
  • the insulating particles include particles containing at least one substance selected from the group consisting of polyolefin, polyester, polytetrafluoroethylene, and ceramics. .
  • FIG. 5 The electrolytic capacitor according to any one of techniques 1 to 4, wherein the laminate is a wound body of the anode foil and the cathode foil.
  • FIG. 6 The electrolytic capacitor according to any one of techniques 1 to 5, wherein the laminate is impregnated with a liquid component.
  • FIG. 7 A method for manufacturing an electrolytic capacitor including an anode foil and a cathode foil with a dielectric layer formed on the surface, the method comprising: By applying a dispersion containing a conductive polymer and an insulating substance to at least one element selected from the dielectric layer and the cathode foil and drying the dispersion, the conductive polymer and the insulating substance are coated.
  • step (i) forming a layer on the at least one element containing a substance; step (ii) of laminating the anode foil and the cathode foil so that the layer is disposed between the dielectric layer and the cathode foil to form a laminate, in this order;
  • the insulating substance includes at least one selected from the group consisting of insulating fibers and insulating particles, A method for manufacturing an electrolytic capacitor, wherein in step (ii), the anode foil and the cathode foil are laminated without using a separator.
  • the dispersion contains an additive containing a hydroxy group and water as a dispersion medium, The manufacturing method according to technique 7, wherein the ratio Mh/Mt of the total formula weight Mh of hydroxy groups contained in the additive and the molecular weight Mt of the additive is 0.03 or more.
  • the insulating particles include at least one particle selected from the group consisting of polyolefin, polyester, polytetrafluoroethylene, and ceramics.
  • Example 1 In Experimental Example 1, a plurality of electrolytic capacitors were manufactured and evaluated using the following method.
  • Capacitor A1 An electrolytic capacitor (capacitor A1) was produced by the following method.
  • Aluminum foil (thickness: 100 ⁇ m) was subjected to etching treatment to roughen the surface of the aluminum foil.
  • a dielectric layer was formed by chemically treating the surface of the roughened aluminum foil. In this way, an anode foil having dielectric layers formed on both sides was obtained.
  • An aluminum foil (thickness: 50 ⁇ m) was subjected to etching treatment to roughen the surface of the aluminum foil, thereby obtaining a cathode foil.
  • dispersion (d1) Prepare a dispersion (commercial product) in which poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) particles doped with polystyrene sulfonic acid (PSS) are dispersed in water. did. To this dispersion, mixed water of insulating fibers made of cellulose (insulating substance (I)) and additive (A) were added to obtain a dispersion (d1). In the dispersion (d1), the content of insulating fibers was 0.2% by mass, and the content of additive (A) was 5.0% by mass. The content of PEDOT in the dispersion (d1) was 2.0% by mass. Ethylene glycol was used as the additive (A).
  • PEDOT poly(3,4-ethylenedioxythiophene)
  • PSS polystyrene sulfonic acid
  • Conductive polymer layers were formed on both sides of the cathode foil using the same method as the method used to form them on both sides of the anode foil.
  • An electrolytic capacitor (capacitor C1) was manufactured by the following method.
  • (a) Preparation of dispersion (cd1) A dispersion (cd1) was prepared in the same manner and under the same conditions as in the preparation of dispersion (d1), except that insulating fibers were not added.
  • the dispersion (cd1) is a dispersion in which poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) particles doped with polystyrene sulfonic acid are dispersed in water.
  • PEDOT poly(3,4-ethylenedioxythiophene)
  • Capacitor C1 was created.
  • the withstand voltage and equivalent series resistance (ESR) at 100 kHz were measured for the manufactured capacitor.
  • the evaluation was performed by preparing three capacitors for each of capacitors A1 and C1 and calculating the arithmetic average of their measured values.
  • Table 1 shows some of the conditions for forming the conductive polymer layer and the evaluation results. Note that capacitor A1 is a capacitor (E) according to the present embodiment, and capacitor C1 is a capacitor of a comparative example.
  • the withstand voltage and ESR in Table 1 are the arithmetic average values of the measured values of three capacitors.
  • the withstand voltage could be maintained without using a separator.
  • the ESR of capacitor A1 was approximately equivalent to the ESR of comparative example C1. In this way, according to this embodiment, a highly reliable electrolytic capacitor could be manufactured without a separator.
  • Capacitor element 11 Anode foil 12: Cathode foil 14: Winding tape 100: Electrolytic capacitor 101: Bottomed case 102: Sealing member 103: Seat plate

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Abstract

開示される電解コンデンサ(100)は、表面に誘電体層が形成された陽極箔と、陰極箔との積層体と、前記誘電体層と前記陰極箔との間に配置された、導電性高分子および絶縁性物質とを含有する層とを含む。前記絶縁性物質は、絶縁性繊維および絶縁性粒子からなる群より選択される少なくとも1種である。前記陽極箔と前記陰極箔との間にはセパレータが配置されていない。

Description

電解コンデンサおよび電解コンデンサの製造方法
 本開示は、電解コンデンサおよび電解コンデンサの製造方法に関する。
 電解コンデンサとして、陽極箔とセパレータと陰極箔との巻回体を含む電解コンデンサが知られている。そのような電解コンデンサの一例は、巻回体中に配置された導電性高分子層を含む。導電性高分子層は、例えば、導電性高分子を含む分散液を巻回体に含浸させることによって形成されている。導電性高分子層を含む電解コンデンサおよびその製造方法については、従来から様々な提案がなされている。
 特許文献1(特許第5062738号公報)は、「数平均分子量が1万~30万のポリスチレンスルホン酸塩と芳香族スルホン酸塩とからなる有機スルホン酸塩であって、上記ポリスチレンスルホン酸塩のポリスチレンスルホン酸部分に対して芳香族スルホン酸塩の芳香族スルホン酸部分が質量基準で20~50%である有機スルホン酸塩と、過硫酸塩とを用いてピロールまたはその誘導体を酸化重合して合成された導電性高分子を含み、上記導電性高分子と添加したpH向上剤に由来するものとの合計量の濃度が1質量%の分散液にしたときのpHが1.5~4.5であることを特徴とする導電性組成物。」を開示している。
 特許文献2(特開2007-27767号公報)は、固体電解質を少なくとも含むコンデンサ本体に、所定の導電性ポリマーの粒子b)、結合剤c)、および分散剤d)を少なくとも含む分散物a)を適用する工程、および、導電性ポリマー外層の形成のために、分散剤d)を少なくとも部分的に除去し、かつ/または結合剤c)を硬化させる工程を含む方法を開示している。
 特許文献3(特許第6951159号公報)は、「弁金属からなる陽極と、前記弁金属の酸化物からなる誘電体層と、前記誘電体層の、前記陽極と反対側に設けられた導電物質製の陰極と、前記誘電体層及び前記陰極の間に形成された固体電解質層とを具備し、前記固体電解質層が、π共役系導電性高分子及びポリアニオンを含む導電性複合体と、バインダーとを有する、キャパシタであり、前記バインダーはスチレン-ブタジエン系ゴムを含有する、キャパシタ。」を開示している。
特許第5062738号公報 特開2007-27767号公報 特許第6951159号公報
 セパレータを用いることによって、陽極箔と陰極箔との間隔が短くなりすぎることを抑制できる。そのため、セパレータを用いることによって、短絡、リーク電流の増大、耐電圧の低下などを抑制できる。一方で、セパレータが存在することによって、体積容量密度(単位体積あたりの容量密度)は低下する。
 このような状況において、本開示の目的の1つは、セパレータがなくても信頼性が高い電解コンデンサおよびその製造方法を提供することである。
 本開示の一局面は、電解コンデンサに関する。当該電解コンデンサは、表面に誘電体層が形成された陽極箔と、陰極箔との積層体と、前記誘電体層と前記陰極箔との間に配置された、導電性高分子および絶縁性物質とを含有する層とを含み、前記絶縁性物質は、絶縁性繊維および絶縁性粒子からなる群より選択される少なくとも1種であり、前記陽極箔と前記陰極箔との間にはセパレータが配置されていない。
 本開示の他の一局面は、表面に誘電体層が形成された陽極箔と陰極箔とを含む電解コンデンサの製造方法に関する。当該製造方法は、導電性高分子と絶縁性物質とを含有する分散体を、前記誘電体層および前記陰極箔から選択される少なくとも1つの要素に塗布して乾燥させることによって、前記導電性高分子と前記絶縁性物質とを含有する層を前記少なくとも1つの要素上に形成する工程(i)と、前記誘電体層と前記陰極箔との間に前記層が配置されるように前記陽極箔と前記陰極箔とを積層して積層体を形成する工程(ii)とをこの順に含み、前記絶縁性物質は、絶縁性繊維および絶縁性粒子からなる群より選択される少なくとも1種を含み、前記工程(ii)において、セパレータを介さずに前記陽極箔と前記陰極箔とが積層される。
 本開示によれば、セパレータがなくても信頼性が高い電解コンデンサを得ることが可能である。当該電解コンデンサは、体積容量密度を高くすることが可能である。
 本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
本開示の実施形態に係る電解コンデンサを模式的に示す側面図である。 本開示の実施形態に係るコンデンサ素子を模式的に示す分解斜視図である。 導電性高分子を含む層が形成された陽極箔の一例の一部を模式的に示す断面図である。 導電性高分子を含む層が形成された陽極箔の他の一例の一部を模式的に示す断面図である。
 以下では、本開示に係る実施形態について例を挙げて説明するが、本開示は以下で説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本開示の効果が得られる限り、他の数値や他の材料を適用してもよい。この明細書において、「数値A~数値B」という記載は、数値Aおよび数値Bを含み、「数値A以上で数値B以下」と読み替えることが可能である。以下の説明において、特定の物性や条件などに関する数値の下限と上限とを例示した場合、下限が上限以上とならない限り、例示した下限のいずれかと例示した上限のいずれかとを任意に組み合わせることができる。以下の説明において、構成要素の例を列挙する場合、特に記載がない限り、列挙された例のうちの1つのみを用いてもよいし、列挙された例のうちの複数を併用してもよい。
 (電解コンデンサの製造方法)
 本実施形態に係る製造方法は、表面に誘電体層が形成された陽極箔と陰極箔とを含む電解コンデンサの製造方法である。当該製造方法を以下では、「製造方法(M)」と称する場合がある。製造方法(M)は、工程(i)および工程(ii)をこの順に含む。それらの工程について、以下に説明する。
 (工程(i))
 工程(i)は、導電性高分子と絶縁性物質とを含有する分散体を、陽極箔の表面に形成された誘電体層および陰極箔から選択される少なくとも1つの要素に塗布して乾燥させることによって、導電性高分子と絶縁性物質とを含有する層を上記少なくとも1つの要素上に形成する工程である。当該絶縁性物質、当該分散体、および当該層をそれぞれ、以下では、「絶縁性物質(I)」、「分散体(D1)」、および「層(PL)」と称する場合がある。
 分散体(D1)は、絶縁性物質(I)を含む。そのため、分散体(D1)を用いて層(PL)を形成することによって、積層体を形成したときに、陽極箔と陰極箔との間隔が絶縁性物質(I)によって確保される。そのため、分散体(D1)を用いることによって、セパレータがなくても信頼性が高い電解コンデンサを得ることが可能である。セパレータを用いないことによって、電解コンデンサのESRを低減することが可能である。さらに、セパレータを用いないことによって、電解コンデンサの体積容量密度を高めることが可能である。
 分散体(D1)の塗布方法および乾燥方法は特に限定されず、公知の方法を用いてもよい。塗布方法は、コーターを用いた方法であってもよいし、分散体(D1)をスプレーする方法であってもよい。あるいは、上記少なくとも1つの要素を分散体(D1)に浸漬してもよい。分散体(D1)の乾燥は、加熱によって分散媒の少なくとも一部を除去することによって行ってもよい。例えば、加熱は、100℃以上(例えば120℃以上や140℃以上)の温度で行われてもよい。加熱温度に上限はないが、導電性高分子などの成分に影響がでない温度で行われ、例えば160℃以下の温度で行われる。加熱時間に限定はなく、分散媒の蒸発量などを考慮して加熱時間を決定すればよい。乾燥は減圧下で行われてもよい。これらの塗布方法および乾燥方法は、以下で説明する塗布および乾燥にも適用できる。
 上記少なくとも1つの要素は、誘電体層であってもよいし、陰極箔であってもよいし、誘電体層および陰極箔であってもよい。上記少なくとも1つの要素は、誘電体層を含むことが好ましい。誘電体層上に層(PL)を形成することによって、誘電体層の欠損部分に絶縁性物質(I)を配置することが可能になる。それによって、陽極箔表面の誘電体層の欠損部分に導電性高分子が付着することによる性能低下(リーク電流の増大や耐電圧の低下など)を抑制できる。
 層(PL)は、1つの観点では、導電性高分子を含む導電性高分子層である。層(PL)、または、層(PL)および後述する液状成分(L)は、電解質として機能しうる。
 陽極箔と陰極箔との間に配置される導電性高分子層(層(PL)を含む)の厚さTは、10μm以上、30μm以上、または50μm以上であることが好ましい。厚さTを30μm以上とすることによって、陽極箔と陰極箔との間隔を確保できる。厚さTの上限は特に限定されないが、厚すぎる導電性高分子層は、セパレータを用いないことによる効果を低減させるとともに、形成時間および形成コストが増大する。そのため、厚さTは、80μm以下、または60μm以下であってもよい。
 陽極箔と陰極箔との間に配置される導電性高分子層が層(PL)のみからなる場合、層(PL)の厚さは、厚さTについて例示した範囲にあってもよい。陽極箔と陰極箔との間に配置される導電性高分子層が層(PL)と他の導電性高分子層(例えば、後述する第2の導電性高分子層)とからなる場合、層(PL)の厚さは、厚さTについて例示した範囲よりも小さい範囲にあってもよい。
 (絶縁性物質(I))
 絶縁性物質(I)は、絶縁性繊維および絶縁性粒子からなる群より選択される少なくとも1種を含む。絶縁性物質(I)は、絶縁性繊維のみで構成されていてもよいし、絶縁性粒子のみで構成されていてもよいし、それらの両方を含んでもよい。絶縁性物質(I)は、誘電体層上に均一に付着しやすい点で、絶縁性繊維を含むことが好ましい。絶縁性物質(I)を含むことで電解コンデンサにおいてセパレータを用いない場合であっても耐電圧の低下やリーク電流の増大を抑制できる。
 絶縁性物質(I)として用いられる絶縁性繊維は、セルロース、レーヨン、アラミド、ポリエステル、ポリイミド、およびナイロンからなる群より選択される少なくとも1種の物質を含有する繊維を含んでもよく、当該少なくとも1種の物質からなる繊維であってもよい。これらの絶縁性繊維を用いることによって、分散体(D1)中における分散性を高めることができ、且つ、電解コンデンサの耐電圧の低下を特に抑制できる。あるいは、これら以外の絶縁性繊維を用いてもよい。
 絶縁性繊維の平均径は、0.1μm以上、1μm以上、または10μm以上であってもよく、100μm以下、または50μm以下であってもよい。なお、絶縁性繊維の断面は、ほぼ真円であってもよいし、それ以外の形状(例えば楕円形)であってもよい。繊維の径とは、円相当径を意味する。絶縁性繊維の平均径を1μm~50μmの範囲(例えば10μm~50μmの範囲)とすることによって、本開示による効果を高めることができる。繊維の平均径は、任意に選択した30本の繊維の任意の位置の径(円相当径)を測定し、測定された30の径を算術平均することによって求められる。円相当径は、例えば、繊維の断面の画像を解析することによって測定できる。
 絶縁性繊維の平均繊維長は、100μm以上であってもよい。平均繊維長の上限は特に限定されないが、例えば5000μm以下であってもよい。平均繊維長は、30本の繊維の長さを算術平均することによって求められる。
 絶縁性物質(I)として用いられる絶縁性粒子は、電解コンデンサの耐電圧の低下を抑制する観点で、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、およびセラミックス(絶縁性のセラミックス)からなる群より選択される少なくとも1種の物質を含有する粒子を含んでもよいし、当該少なくとも1種の物質からなる粒子であってもよい。あるいは、これら以外の絶縁性粒子を用いてもよい。
 絶縁性粒子の平均粒径は、0.1μm以上、10μm以上、または20μm以上であってもよく、100μm以下、または50μm以下であってもよい。この明細書において、平均粒径は、体積基準の粒度分布において累積体積が50%になるメジアン径(D50)である。メジアン径は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて求められる。
 絶縁性粒子の形状は、特に限定されず、球状(楕円球状などを含む)、鱗片状、針状、格子状であってもよい。あるいは、絶縁性粒子の形状は、特に定まっていなくてもよい。
 絶縁性繊維および絶縁性粒子はそれぞれ、様々な材質および形状のものが市販されている。絶縁性物質(I)には、市販されている絶縁性繊維および/または絶縁性粒子を用いてもよい。あるいは、公知の方法で製造された絶縁性繊維および/または絶縁性粒子を用いてもよい。
 分散体(D1)における絶縁性物質(I)の含有率Ci(質量%)は、0.1質量%以上、または1.0質量%以上であってもよく、5.0質量%以下、または3.0質量%以下であってもよい。当該含有率を1.0質量%以上とすることによって、本開示による効果を高めることができる。当該含有率を3.0質量%以下とすることによって、導電性高分子層の導電性が低下することを抑制できる。
 含有率Ci(質量%)と、分散体(D1)における導電性高分子の含有率Cc(質量%)との比Ci/Ccは、0.1以上、または0.5以上であってもよく、2.0以下、または1.0以下であってもよい。比Ci/Ccを0.5以上とすることによって、本開示による効果を高めることができる。比Ci/Ccを1.0以下とすることによって、導電性高分子層の導電性が低下することを抑制できる。
 (分散媒)
 分散媒は、導電性高分子が分散される媒体である。分散媒は水を含むことが好ましい。分散媒における水の含有率は、50質量%以上、70質量%以上、90質量%以上、または95質量%以上であってもよい。当該含有率は100質量%であってもよい。すなわち、分散媒は水であってもよい。分散媒は、水以外の有機溶媒を含んでもよい。なお、添加剤(A)は、分散媒には含めない。
 (導電性高分子)
 導電性高分子は特に限定されず、電解コンデンサに用いることが可能な導電性高分子であればよい。導電性高分子には、電解コンデンサの電解質として用いられている公知の導電性高分子を用いてもよい。
 導電性高分子の例には、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリアニリン、ポリアセチレン、およびそれらの誘導体などが含まれる。当該誘導体には、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリアニリン、およびポリアセチレンを基本骨格とするポリマーが含まれる。例えば、ポリチオフェンの誘導体には、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)などが含まれる。これらの導電性高分子は、単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。また、導電性高分子は、2種以上のモノマーの共重合体であってもよい。導電性高分子の重量平均分子量は特に限定されず、例えば1000~100000の範囲にあってもよい。導電性高分子の好ましい一例は、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)である。
 導電性高分子にはドーパントがドープされてもよい。導電性高分子からの脱ドープを抑制する観点から、ドーパントとして、高分子ドーパントを用いることが好ましい。高分子ドーパントの例には、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリアクリルスルホン酸、ポリメタクリルスルホン酸、ポリ(2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸)、ポリイソプレンスルホン酸、ポリアクリル酸などが含まれる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの少なくとも一部は、塩の形態で添加されてもよい。ドーパントの好ましい一例は、ポリスチレンスルホン酸(PSS)である。好ましい一例では、導電性高分子がポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)であり、ドーパントがポリスチレンスルホン酸である。
 ドーパントは、酸性基を含有するドーパントであってもよく、酸性基を含有する高分子ドーパントであってもよい。酸性基の例には、スルホン酸基、カルボキシル基などが含まれる。酸性基を含有する高分子ドーパントは、少なくとも一部の構成単位が酸性基を含有する高分子(ポリマー)である。そのような高分子ドーパントの例には、上述した高分子ドーパントが含まれる。
 ドーパントの重量平均分子量は特に限定されない。均質な導電性高分子層の形成を容易にする観点から、ドーパントの重量平均分子量を1000~100000の範囲としてもよい。
 ドーパントがドープされた導電性高分子を用いる場合、ドーパントの脱ドープを抑制するために、分散体(D1)のpHは7.0未満であることが好ましく、6.0以下または5.0以下であってもよい。分散体(D1)のpHは、1.0以上、2.0以上、または3.0以上であってもよい。
 導電性高分子は粒子の状態で分散体(D1)中に存在してもよい。導電性高分子の粒子の平均粒径(D50)は、10μm以上、または20μm以上であってもよく、100μm以下であってもよい。
 分散体(D1)における導電性高分子の含有率は、0.5質量%以上、または1.0質量%以上であってもよく、4.0質量%以下、3.0質量%以下、または2.0質量%以下であってもよい。当該含有率は、0.5~4.0質量%の範囲、1.0~4.0質量%の範囲であってもよい。これらの範囲のいずれかにおいて、上限を3.0質量%または2.0質量%としてもよい。分散体(D1)の物性とその経時的安定性が優れている点や、電解コンデンサのESRとコスト面とのバランスが良い点で、当該含有率は1.0~5.0質量%の範囲(例えば、1.0~3.0質量%の範囲)にあることが好ましい。
 分散体(D1)に含まれるドーパントの質量に特に限定はなく、分散体(D1)に含まれる導電性高分子の質量の0.1~5倍の範囲(例えば0.5~3倍の範囲)にあってもよい。
 分散体(D1)の製造方法は特に限定されない。例えば、分散体(D1)は、分散体(D1)の成分を分散媒に分散・溶解させることによって製造できる。具体的には、分散体(D1)の成分を分散媒に添加して攪拌することによって分散体(D1)を製造できる。
 (添加剤)
 分散体(D1)は、ヒドロキシ基を含有する添加剤と、分散媒である水とを含んでもよい。当該添加剤を以下では、「添加剤(A)」と称する場合がある。添加剤(A)に含有されるヒドロキシ基の合計の式量Mhと添加剤の分子量Mtとの比Mh/Mtは0.001以上であってもよい。エチレングリコール(HO-CH-CH-OH)の場合、分子量Mtは62であり、2つのヒドロキシ基の合計の式量Mhは34である。そのため、Mh/Mt=34/62=0.55である。添加剤(A)の分子量が一定ではない場合、添加剤(A)の分子量には、重量平均分子量が用いられる。
 導電性高分子(例えば導電性高分子の粒子)と絶縁性物質(I)とは凝集しやすい。添加剤(A)を添加することによって、両者が凝集することを抑制できる。そのため、添加剤(A)を添加した分散体(D1)を用いて導電性高分子層を形成することによって、絶縁性物質(I)の分散性が高い導電性高分子層を形成できる。
 比Mh/Mtは、0.03以上、または0.07以上であってもよく、0.9以下であってもよい。比Mh/Mtを0.03以上とすることによって、添加剤(A)の効果を充分に得ることができる。
 添加剤(A)の分子量は500以下であることが好ましい。分子量を500以下とすることによって、分散体(D1)における分散性を高めることができる。その結果、誘電体層の欠損部分に添加剤(A)が付着しやすくなる。当該分子量の下限については特に限定はないが、44以上、80以上、または150以上であってもよい。当該分子量は、500以下、400以下、200以下、または120以下であってもよい。
 添加剤(A)に含まれるヒドロキシ基の数は、1つ以上または2つ以上であり、6以下または3以下であってもよい。誘電体層の欠損部分における修復性の点で、当該ヒドロキシ基の数は3以下であることが好ましい。
 添加剤(A)の例には、ポリオールが含まれる。この明細書において、ポリオールとは、2つ以上のヒドロキシ基を含む有機化合物を意味する。ポリオールの例には、グリコール類、グリセリン類、および糖アルコールなどが含まれる。ポリオールは、2つ以上のヒドロキシ基で置換された炭化水素化合物(例えば、2つ以上のヒドロキシ基で置換された脂肪族炭化水素)であってもよい。添加剤(A)は、水に溶解する化合物であることが好ましい。添加剤(A)は、ヒドロキシ基の数が3つ以下の有機化合物(例えば3価以下の低級アルコール)であってもよい。当該有機化合物の分子量は500以下であってもよい。
 グリコール類の例には、アルキレングリコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリアルキレングリコール(例えばポリエチレングリコール)、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール(エチレンオキサイド・プロピレンオキサイド共重合体)などが含まれる。グリセリン類の例には、グリセリンおよびポリグリセリンなどが含まれる。糖アルコールの例には、マンニトール、キシリトール、ソルビトール、エリトリトール、およびペンタエリトリトールなどが含まれる。
 添加剤(A)は、グリコール類、グリセリン類、および糖アルコールからなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。例えば、添加剤(A)は、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン、ポリグリセリン、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトールからなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。添加剤(A)の好ましい一例は、エチレングリコールである。
 分散体(D1)における添加剤(A)の含有率Ca(質量%)と、分散体(D1)における絶縁性物質(I)の含有率Ci(質量%)との比Ca/Ciは、0.1以上、または1.0以上であってもよく、8.0以下、または4.0以下であってもよい。
 製造方法(M)は、分散体(D2)を用いて導電性高分子層を形成する工程を含んでもよい。分散体(D2)は、分散体(D1)として例示した分散体から絶縁性物質(I)を除いた分散体である。例えば、分散体(D1)を用いて第1の導電性高分子層(層(PL1))を形成した後に、分散体(D2)を用いて、第1の導電性高分子層上に第2の導電性高分子層を形成してもよい。なお、上記の工程において、分散体(分散体(D1)、分散体(D2))を塗布して乾燥する工程は、1回だけ行ってもよいし、複数回繰り返して行ってもよい。当該工程を複数回繰り返すことによって、導電性高分子層を厚くすることができる。
 (工程(ii))
 工程(ii)は、陽極箔の表面に形成された誘電体層と陰極箔との間に層(PL)が配置されるように陽極箔と陰極箔とを積層して積層体を形成する工程である。工程(ii)において、セパレータを介さずに陽極箔と陰極箔とが積層される。工程(ii)によれば、陽極箔と陰極箔との間に配置されたセパレータを含まない積層体(コンデンサ素子)を形成できる。そのため、体積容量密度が高い電解コンデンサを製造することが可能である。層(PL)は絶縁性物質(I)を含むため、陽極箔と陰極箔との極板間距離が維持される。その結果、陽極箔と陰極箔とが近づきすぎることによる性能低下を抑制できる。
 この製造方法は、積層型の電解コンデンサに用いられる。積層型の電解コンデンサのコンデンサ素子は、少なくとも1つの陽極箔および少なくとも1つの陰極箔の積層体を含む。積層体は、それらを一方向に積層することによって形成される積層体であってもよい。この場合、電解コンデンサは複数のコンデンサ素子を含んでもよい。
 積層体は、陽極箔と陰極箔とを巻回することによって得られる巻回体であってもよい。すなわち、工程(ii)において、陽極箔と陰極箔とを巻回することによって陽極箔と陰極箔とが積層されてもよい。巻回体において、陽極箔と陰極箔とは径方向に積層されている。そのため、巻回体も積層体である。
 製造方法(M)は、工程(ii)の後に、積層体に液状成分を含浸させる工程(Z)をさらに含んでもよい。当該液状成分を以下では、「液状成分(L)」と称する場合がある。積層体に液状成分(L)を含浸させる方法は特に限定されない。工程(Z)は、積層体を液状成分(L)に浸漬することによって行ってもよい。あるいは、工程(Z)は、液状成分(L)と積層体とを外装体(ケース)に収容することによって行ってもよい。液状成分(L)の例については後述する。
 製造方法(M)は、工程(ii)の後であって工程(Z)の前に、工程(Y1)と工程(Y2)とを含んでもよい。以下では、工程(Y1)と工程(Y2)とをあわせて「工程(Y)」と称する場合がある。工程(Y1)は、2つ以上のヒドロキシ基を含む有機化合物と水とを含有する処理液を積層体に含浸させる工程である。当該有機化合物および処理液を以下では、「有機化合物(C)」および「処理液(S)」と称する場合がある。工程(Y2)は、処理液(S)中の水の少なくとも一部を蒸発させる工程である。
 工程(Y)を行うことによって、有機化合物(C)を、導電性高分子層中に配置することが可能である。これによって、工程(Z)において、液状成分(L)が積層体に含浸されやすくなる。
 工程(Y1)において、積層体への処理液(S)の含浸の方法は限定されない。例えば、積層体を処理液(S)に浸漬してもよい。工程(Y2)において、処理液(S)中の水の少なくとも一部を蒸発させる工程は限定されない。工程(Y2)は、分散体(D1)の乾燥について例示した条件で行ってもよい。
 有機化合物(C)の例には、ポリオールが含まれる。ポリオールの例には、添加剤(A)のポリオールの例として挙げた化合物が含まれる。
 処理液(S)における水の含有率は、40質量%以上、60質量%以上、80質量%以上、90質量%以上、または95質量%以上であってもよい。当該含有率は、99質量%以下、95質量%以下、90質量%以下、または80質量%以下であってもよい。
 処理液(S)における有機化合物(C)の含有率は、1.0質量%以上、5.0質量%以上、10質量%以上、または20質量%以上であってもよい。当該含有率は、60質量%以下、40質量%以下、20質量%以下、または10質量%以下であってもよい。
 工程(ii)を経た積層体(コンデンサ素子)は、外装体に封入される。このようにして、積層型の電解コンデンサを製造できる。上述したように、工程(ii)の後に、工程(Z)が行われてもよい。あるいは、工程(ii)の後に、工程(Y)、および工程(Z)が行われてもよい。
 積層体への液体(分散体(D1)、分散体(D2)、処理液(S)、液状成分(L)など)の含浸は、積層体を液体に浸漬することによって行ってもよい。その後の乾燥は、積層体を加熱することによって行ってもよい。加熱は、減圧下で行ってもよい。
 製造方法(M)によって製造される電解コンデンサの構成および構成要素の一例を以下に説明する。なお、電解コンデンサの構成および構成要素は、以下の例に限定されない。本開示に特徴的な構成要素以外の構成要素には、公知の電解コンデンサの構成要素を用いてもよい。
 電解コンデンサは、コンデンサ素子を含む。コンデンサ素子は、少なくとも1つの陽極箔と、少なくとも1つの陰極箔と、陽極箔と陰極箔との間に配置された電解質層とを含む。
 (陽極箔)
 陽極箔は、表面が多孔質化された金属箔であってもよい。誘電体層は、陽極箔の表面の少なくとも一部に形成されている。陽極箔の厚さは特に限定されず、15μm~300μmの範囲にあってもよい。
 陽極箔の材料には、弁金属、弁金属を含む合金、または弁金属の化合物を用いることができる。弁金属の例には、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、アルミニウム(Al)などが含まれる。陽極箔は、材料となる金属箔(例えばアルミニウム箔)の表面をエッチングすることによって形成してもよい。陽極箔の表面に形成される誘電体層は、金属箔の表面を化成処理することによって形成してもよい。化成処理の方法に限定はなく、公知の化成処理の方法を適用してもよい。
 (陰極箔)
 陰極箔は、陰極としての機能を有していればよく、特に限定されない。陰極箔の例には、金属箔(例えばアルミニウム箔)が含まれる。金属の種類は特に限定されず、弁金属または弁金属を含む合金であってよい。陰極箔の厚さは特に限定されず、15μm~300μmの範囲にあってもよい。陰極箔の表面は、必要に応じて、粗面化されていてもよいし、化成処理されていてもよい。
 陰極箔は、導電性の被覆層を含んでもよい。金属箔が弁金属を含む場合、被覆層は、カーボンおよび弁金属よりもイオン化傾向の低い少なくとも1種の金属を含んでもよい。これにより、金属箔の耐酸性が向上し易くなる。金属箔がアルミニウムを含む場合、被覆層は、カーボン、ニッケル、チタン、タンタルおよびジルコニウムからなる群より選択される少なくとも1種を含んでもよい。なかでも、コストおよび抵抗が低い点で、被覆層は、ニッケルおよび/またはチタンを含んでもよい。
 (電解質層)
 上述したように、層(PL)を含む導電性高分子層、または、層(PL)を含む導電性高分子層と液状成分(L)とは、電解質として機能しうる。
 (液状成分(L))
 液状成分(L)の例には、非水溶媒および電解液が含まれる。電解液には、非水溶媒と非水溶媒に溶解された溶質とを含む非水電解液を用いることができる。液状成分(L)は、微量の水を含んでもよい。なお、この明細書において、液状成分(L)は、室温(25℃)において液体状である成分であってもよいし、電解コンデンサの使用時の温度において液体状である成分であってもよい。
 非水溶媒は、有機溶媒であってもよいし、イオン性液体であってもよい。非水溶媒の例には、エチレングリコール、プロピレングリコールなどの多価アルコール類、スルホラン(SL)などの環状スルホン類、γ-ブチロラクトン(γBL)などのラクトン類、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドンなどのアミド類、酢酸メチルなどのエステル類、炭酸プロピレンなどのカーボネート化合物、1,4-ジオキサンなどのエーテル類、メチルエチルケトンなどのケトン類、ホルムアルデヒドなどが含まれる。
 また、非水溶媒として、高分子系溶媒を用いてもよい。高分子系溶媒の例には、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレングリコールの誘導体、多価アルコール中の水酸基の少なくとも1つがポリアルキレングリコール(誘導体を含む)に置換された化合物などが含まれる。具体的には、高分子系溶媒の例には、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリエチレングリコールグリセリルエーテル、ポリエチレングリコールジグリセリルエーテル、ポリエチレングリコールソルビトールエーテル、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコールグリセリルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリセリルエーテル、ポリプロピレングリコールソルビトールエーテル、ポリブチレングリコールなどが含まれる。高分子系溶媒の例には、さらに、エチレングリコール-プロピレングリコールの共重合体、エチレングリコール-ブチレングリコールの共重合体、プロピレングリコール-ブチレングリコールの共重合体などが含まれる。非水溶媒は、一種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
 液体成分(L)は、酸成分および塩基成分を含有していてもよい。酸成分の例には、マレイン酸、フタル酸、安息香酸、ピロメリット酸、レゾルシン酸などが含まれる。塩基成分の例には、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-5、1,2-ジメチルイミダゾリニウム、1,2,4-トリメチルイミダゾリン、1-メチル-2-エチル-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-ヘプチルイミダゾリン、1-メチル-2-(3’ヘプチル)イミダゾリン、1-メチル-2-ドデシルイミダゾリン、1,2-ジメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジン、1-メチルイミダゾール、1-メチルベンゾイミダゾールなどが含まれる。
 非水電解液は、非水溶媒とこれに溶解された溶質(例えば有機塩)とを含む。非水電解液を構成する非水溶媒の例には、上述した非水溶媒の例が含まれる。溶質の例には、無機塩よび有機塩が含まれる。有機塩とは、アニオンおよびカチオンの少なくとも一方が有機物を含む塩である。有機塩の例には、マレイン酸トリメチルアミン、ボロジサリチル酸トリエチルアミン、フタル酸エチルジメチルアミン、フタル酸モノ1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム、フタル酸モノ1,3-ジメチル-2-エチルイミダゾリニウムなどが含まれる。
 ドーパントの脱ドープを抑制するために、液状成分(L)のpHを、7.0未満または5.0以下としてもよく、1.0以上、または2.0以上としてもよい。当該pHは、1.0以上で7.0未満(例えば2.0~5.0の範囲)としてもよい。
 (その他)
 電解コンデンサは、必要に応じて、他の構成要素(リード、外装体など)を含んでもよい。リードおよび外装体は特に限定されず、公知のリードおよび外装体を用いてもよい。
 (電解コンデンサ)
 本実施形態に係る電解コンデンサを以下では、「電解コンデンサ(E)」と称する場合がある。電解コンデンサ(E)は、上述した製造方法(M)で製造できる。製造方法(M)について説明した事項については、電解コンデンサ(E)にも適用できるため、重複する説明を省略する場合がある。また、電解コンデンサ(E)について説明した事項は、製造方法(M)に適用してもよい。なお、電解コンデンサ(E)は、製造方法(M)以外の製造方法で製造してもよい。
 電解コンデンサ(E)は、表面に誘電体層が形成された陽極箔と、陰極箔との積層体と、陽極箔の表面に形成された誘電体層と陰極箔との間に配置された、導電性高分子および絶縁性物質(絶縁性物質(I))とを含有する層(層(PL))とを含む。上述したように、絶縁性物質(I)は、絶縁性繊維および絶縁性粒子からなる群より選択される少なくとも1種である。陽極箔と陰極箔との間には、セパレータが配置されていない。
 電解コンデンサ(E)は、陽極箔と陰極箔との間に配置されたセパレータを含まないため、体積容量密度を高めることができる。一方、陽極箔と陰極箔との間に配置された層(PL)は、絶縁性物質(I)を含むため、陽極箔と陰極箔との間の間隔を一定値以上とすることができる。
 層(PL)は、ヒドロキシ基を含有する添加剤(A)をさらに含有してもよい。添加剤(A)に含有されるヒドロキシ基の合計の式量Mhと添加剤の分子量Mtとの比Mh/Mtは上述した範囲にあってもよい。
 絶縁性物質(I)に用いられる絶縁性繊維および絶縁性粒子の例については上述したため、重複する説明を省略する。
 上述したように、積層体は、少なくとも1つの陽極箔と少なくとも1つの陰極箔とを一方向に積層した積層体であってもよい。あるいは、積層体は、陽極箔と陰極箔との巻回体であってもよい。
 積層体には、液状成分(L)が含浸されていてもよい。
 層(PL)における導電性高分子の含有率と絶縁性物質(I)の含有率との比率は、分散体(D1)における含有率Ciと含有率Ccとの比Ci/Ccについて例示した範囲にあってもよい。層(PL)における添加剤Aの含有率と絶縁性物質(I)の含有率との比率は、分散体(D1)における含有率Caと含有率Ciとの比Ca/Ciについて例示した範囲にあってもよい。
 以下では、電解コンデンサ(E)の一例について、図面を参照して具体的に説明する。以下で説明する一例の構成要素には、上述した構成要素を適用できる。また、以下で説明する一例の構成要素は、上述した記載に基づいて変更できる。また、以下で説明する事項を、上記の実施形態に適用してもよい。また、以下で説明する一例において、本開示の電解コンデンサに必須ではない構成要素は省略してもよい。
 図1は、本実施形態に係る一例の電解コンデンサ100を模式的に示す断面図である。図2は、電解コンデンサ100に含まれるコンデンサ素子10の一部を展開した概略図である。電解コンデンサ100は、巻回体(積層体)を含む積層型のコンデンサである。
 電解コンデンサ100は、コンデンサ素子10と、コンデンサ素子10を収容する有底ケース101と、有底ケース101の開口を塞ぐ封止部材102と、封止部材102を覆う座板103と、封止部材102から導出され、座板103を貫通するリード線104A、104Bと、リード線とコンデンサ素子10の電極とを接続するリードタブ105A、105Bとを備える。有底ケース101の開口端近傍は、内側に絞り加工されており、開口端は封止部材102にかしめるようにカール加工されている。
 コンデンサ素子10は、例えば、図2に示すような巻回体である。巻回体は、陽極箔11と陰極箔12とを巻回することによって形成されている。陽極箔11の表面には、誘電体層(図示せず)が形成されている。コンデンサ素子10は、陽極箔11(より詳細には、陽極箔11の表面の誘電体層)と陰極箔12との間に配置された導電性高分子層(図示せず)を含む。導電性高分子層は、導電性高分子と絶縁性物質(I)を含有する層(PL)を含む。電解コンデンサ100は、コンデンサ素子10に含浸された液状成分(L)(例えば電解液)を含んでもよい。
 巻回体の最外周は、巻止めテープ14により固定される。なお、図2は、巻回体の最外周を止める前の、一部が展開された状態を示している。
 導電性高分子層が形成されている陽極箔11の一例の一部断面を、図3Aに模式的に示す。図3Aに示すように、陽極箔11の表面には、誘電体層11aが形成されている。誘電体層11a上には、導電性高分子層21が形成されている。導電性高分子層21は、上述した層(PL)である。
 導電性高分子層が形成されている陽極箔11の他の一例の一部断面を、図3Bに模式的に示す。図3Bに示すように、陽極箔11の表面には、誘電体層11aが形成されている。誘電体層11a上には、導電性高分子層21(第1の導電性高分子層)および導電性高分子層22(第2の導電性高分子層)が形成されている。導電性高分子層21は、上述した層(PL)である。導電性高分子層22は、絶縁性物質(I)を含まない導電性高分子層である。
 電解コンデンサは、少なくとも1つのコンデンサ素子を有していればよく、複数のコンデンサ素子を有していてもよい。電解コンデンサに含まれるコンデンサ素子の数は、用途に応じて決定すればよい。
 (付記)
 以上の実施形態の記載によって、下記の技術が開示される。
(技術1)
 電解コンデンサであって、
 表面に誘電体層が形成された陽極箔と、陰極箔との積層体と、
 前記誘電体層と前記陰極箔との間に配置された、導電性高分子および絶縁性物質とを含有する層とを含み、
 前記絶縁性物質は、絶縁性繊維および絶縁性粒子からなる群より選択される少なくとも1種であり、
 前記陽極箔と前記陰極箔との間にはセパレータが配置されていない、電解コンデンサ。
(技術2)
 前記層は、ヒドロキシ基を含有する添加剤をさらに含有し、
 前記添加剤に含有されるヒドロキシ基の合計の式量Mhと前記添加剤の分子量Mtとの比Mh/Mtは0.03以上である、技術1に記載の電解コンデンサ。
(技術3)
 前記絶縁性繊維は、セルロース、レーヨン、ポリエステル、ポリイミド、およびナイロンからなる群より選択される少なくとも1種の物質を含有する繊維を含む、技術1または2に記載の電解コンデンサ。
(技術4)
 前記絶縁性粒子は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、およびセラミックスからなる群より選択される少なくとも1種の物質を含有する粒子を含む、技術1~3のいずれか1つに記載の電解コンデンサ。
(技術5)
 前記積層体は、前記陽極箔と前記陰極箔との巻回体である、技術1~4のいずれか1つに記載の電解コンデンサ。
(技術6)
 前記積層体に液状成分が含浸されている、技術1~5のいずれか1つに記載の電解コンデンサ。
(技術7)
 表面に誘電体層が形成された陽極箔と陰極箔とを含む電解コンデンサの製造方法であって、
 導電性高分子と絶縁性物質とを含有する分散体を、前記誘電体層および前記陰極箔から選択される少なくとも1つの要素に塗布して乾燥させることによって、前記導電性高分子と前記絶縁性物質とを含有する層を前記少なくとも1つの要素上に形成する工程(i)と、
 前記誘電体層と前記陰極箔との間に前記層が配置されるように前記陽極箔と前記陰極箔とを積層して積層体を形成する工程(ii)とをこの順に含み、
 前記絶縁性物質は、絶縁性繊維および絶縁性粒子からなる群より選択される少なくとも1種を含み、
 前記工程(ii)において、セパレータを介さずに前記陽極箔と前記陰極箔とが積層される、電解コンデンサの製造方法。
(技術8)
 前記分散体は、ヒドロキシ基を含有する添加剤と、分散媒である水とを含み、
 前記添加剤に含有されるヒドロキシ基の合計の式量Mhと前記添加剤の分子量Mtとの比Mh/Mtは0.03以上である、技術7に記載の製造方法。
(技術9)
 前記絶縁性繊維は、セルロース、レーヨン、ポリエステル、ポリイミド、およびナイロンからなる群より選択される少なくとも1種の繊維を含む、技術7または8に記載の製造方法。
(技術10)
 前記絶縁性粒子は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、およびセラミックスからなる群より選択される少なくとも1種の粒子を含む、技術7~9のいずれか1つに記載の製造方法。
(技術11)
 前記工程(ii)において、前記陽極箔と前記陰極箔とを巻回することによって前記陽極箔と前記陰極箔とが積層される、技術7~10のいずれか1つに記載の製造方法。
(技術12)
 前記工程(ii)の後に、前記積層体に液状成分を含浸させる工程(Z)をさらに含む、技術7~11のいずれか1つに記載の製造方法。
 以下、実施例に基づいて、本開示をより詳細に説明するが、本開示は実施例に限定されない。
 (実験例1)
 実験例1では、以下の方法で複数の電解コンデンサを作製して評価した。
 (コンデンサA1)
 電解コンデンサ(コンデンサA1)を以下の方法で作製した。
 (a)構成部材の準備
 アルミニウム箔(厚さ100μm)にエッチング処理を行い、アルミニウム箔の表面を粗面化した。粗面化されたアルミニウム箔の表面を化成処理して誘電体層を形成した。このようにして、両面に誘電体層が形成された陽極箔を得た。アルミニウム箔(厚さ50μm)にエッチング処理を行い、アルミニウム箔の表面を粗面化し、陰極箔を得た。
 (b)分散体(d1)の調製
 ポリスチレンスルホン酸(PSS)がドープされたポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)の粒子が水に分散された分散液(市販品)を準備した。この分散液に、セルロースからなる絶縁性繊維(絶縁性物質(I))の混合水と添加剤(A)を加えて分散体(d1)を得た。分散体(d1)において、絶縁性繊維の含有率を0.2質量%とし、添加剤(A)の含有率を5.0質量%とした。分散体(d1)におけるPEDOTの含有率は、2.0質量%とした。添加剤(A)には、エチレングリコールを用いた。
 (c)導電性高分子層の形成
 グラビアコーターを用いて、陽極箔の一方の片面(誘電体層の表面)に分散体(d1)を塗布した。その後、乾燥処理を行って、陽極箔の一方の片面(誘電体層の表面)に導電性高分子層を形成した。乾燥処理は、分散体(d1)が塗布された陽極箔を、125℃で5分間加熱することによって行った。次に、陽極箔の他方の片面(誘電体層の表面)にも、同様の方法で導電性高分子層を形成した。
 陽極箔の両面に形成した方法と同様の方法で、陰極箔の両面に導電性高分子層を形成した。
 (d)コンデンサ素子の作製
 陽極箔および陰極箔をそれぞれ所定の大きさに切断した。陽極箔および陰極箔に、陽極リードタブおよび陰極リードタブを接続した。次に、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介さずに巻回した。巻回体から突出する各リードタブの端部に、陽極リード線および陰極リード線をそれぞれ接続した。得られた巻回体に再度化成処理を行い、陽極箔の端面に誘電体層を形成した。巻回体の外側表面の端部を巻止めテープで固定して、コンデンサ素子を得た。
 (e)液状成分の含浸
 エチレングリコール(溶媒)に、o-フタル酸、トリエチルアミン(塩基成分)を合計で25質量%の濃度で溶解させて電解液(液状成分(L))を調製した。減圧雰囲気(40kPa)中で、電解液にコンデンサ素子を5分間浸漬した。これによって、コンデンサ素子(積層体)に電解液を含浸させた。
 (f)コンデンサ素子の封止
 電解液を含浸させたコンデンサ素子を封止して、図1に示すような電解コンデンサを作製した。その後、電圧を印加しながら、95℃で90分のエージングを行った。このようにして、電解コンデンサ(コンデンサA1)を得た。
 (コンデンサC1の作製)
 電解コンデンサ(コンデンサC1)を以下の方法で作製した。
 (a)分散体(cd1)の調製
 絶縁性繊維を添加しないことを除いて、分散体(d1)の作製と同様の方法および条件で、分散体(cd1)を調製した。分散体(cd1)は、ポリスチレンスルホン酸がドープされたポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)の粒子が水に分散された分散体である。
 各構成部材上の導電性高分子層の形成に用いられる分散体を表1に示すように変更したことを除いて、コンデンサA1と同様の方法で、分散体(cd1)を用いて、コンデンサC1を作製した。
 (評価)
 作製されたコンデンサについて、耐電圧と、100kHzでの等価直列抵抗(ESR)とを測定した。なお、評価は、コンデンサA1およびC1のそれぞれについて3個のコンデンサを準備し、それらの測定値の算術平均を求めることによって行った。
 導電性高分子層の形成条件の一部と評価結果を表1に示す。なお、コンデンサA1は、本実施形態に係るコンデンサ(E)であり、コンデンサC1は比較例のコンデンサである。表1の耐電圧およびESRは、3個のコンデンサの測定値の算術平均値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示すように、絶縁性繊維を添加した分散体(d1)を用いることによって、セパレータを用いなくとも耐電圧を保持できた。さらに、コンデンサA1のESRは、比較例C1のESRとほぼ同等であった。このように、本実施形態によれば、セパレータがなくても信頼性が高い電解コンデンサを製造できた。
 本開示は、電解コンデンサおよびその製造方法に利用できる。
 本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。
  10:コンデンサ素子
  11:陽極箔
  12:陰極箔
  14:巻止めテープ
  100:電解コンデンサ
  101:有底ケース
  102:封止部材
  103:座板

Claims (12)

  1.  電解コンデンサであって、
     表面に誘電体層が形成された陽極箔と、陰極箔との積層体と、
     前記誘電体層と前記陰極箔との間に配置された、導電性高分子および絶縁性物質とを含有する層とを含み、
     前記絶縁性物質は、絶縁性繊維および絶縁性粒子からなる群より選択される少なくとも1種であり、
     前記陽極箔と前記陰極箔との間にはセパレータが配置されていない、電解コンデンサ。
  2.  前記層は、ヒドロキシ基を含有する添加剤をさらに含有し、
     前記添加剤に含有されるヒドロキシ基の合計の式量Mhと前記添加剤の分子量Mtとの比Mh/Mtは0.03以上である、請求項1に記載の電解コンデンサ。
  3.  前記絶縁性繊維は、セルロース、レーヨン、ポリエステル、ポリイミド、およびナイロンからなる群より選択される少なくとも1種の物質を含有する繊維を含む、請求項1または2に記載の電解コンデンサ。
  4.  前記絶縁性粒子は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、およびセラミックスからなる群より選択される少なくとも1種の物質を含有する粒子を含む、請求項1または2に記載の電解コンデンサ。
  5.  前記積層体は、前記陽極箔と前記陰極箔との巻回体である、請求項1または2に記載の電解コンデンサ。
  6.  前記積層体に液状成分が含浸されている、請求項1または2に記載の電解コンデンサ。
  7.  表面に誘電体層が形成された陽極箔と陰極箔とを含む電解コンデンサの製造方法であって、
     導電性高分子と絶縁性物質とを含有する分散体を、前記誘電体層および前記陰極箔から選択される少なくとも1つの要素に塗布して乾燥させることによって、前記導電性高分子と前記絶縁性物質とを含有する層を前記少なくとも1つの要素上に形成する工程(i)と、
     前記誘電体層と前記陰極箔との間に前記層が配置されるように前記陽極箔と前記陰極箔とを積層して積層体を形成する工程(ii)とをこの順に含み、
     前記絶縁性物質は、絶縁性繊維および絶縁性粒子からなる群より選択される少なくとも1種を含み、
     前記工程(ii)において、セパレータを介さずに前記陽極箔と前記陰極箔とが積層される、電解コンデンサの製造方法。
  8.  前記分散体は、ヒドロキシ基を含有する添加剤と、分散媒である水とを含み、
     前記添加剤に含有されるヒドロキシ基の合計の式量Mhと前記添加剤の分子量Mtとの比Mh/Mtは0.03以上である、請求項7に記載の製造方法。
  9.  前記絶縁性繊維は、セルロース、レーヨン、ポリエステル、ポリイミド、およびナイロンからなる群より選択される少なくとも1種の繊維を含む、請求項7または8に記載の製造方法。
  10.  前記絶縁性粒子は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、およびセラミックスからなる群より選択される少なくとも1種の粒子を含む、請求項7または8に記載の製造方法。
  11.  前記工程(ii)において、前記陽極箔と前記陰極箔とを巻回することによって前記陽極箔と前記陰極箔とが積層される、請求項7または8に記載の製造方法。
  12.  前記工程(ii)の後に、前記積層体に液状成分を含浸させる工程(Z)をさらに含む、請求項7または8に記載の製造方法。
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