JP3869526B2 - アルミニウム電解コンデンサおよびアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電解コンデンサ駆動用電解液を使用したアルミニウム電解コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム電解コンデンサは、エッチングされたアルミニウム箔の表面に電解酸化などによって酸化被膜を形成したアルミニウム陽極箔とアルミニウム陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に電解コンデンサ駆動用電解液を含浸し、これを有底の金属ケ−ス内に入れ開口部を絶縁性の封口体で密封し、陽極箔および陰極箔にそれぞれ固着された引出しリードを、それぞれ封口体の貫通孔から外に引き出してなる構造を有する。
【０００３】
アルミニウム電解コンデンサ（以下、「電解コンデンサ」という）の駆動用電解液（以下、「電解液」という）は、このような構造を有する電解コンデンサの実質的に誘電体である電極箔（陽極箔）の酸化被膜に接し、真の陰極として機能するとともに酸化被膜の修復能力を有しており、通電中は常に酸化被膜の再生という化学反応を起こして、コンデンサ特性を安定させている。しかし長期間使用していたり、長期間保管した後に使用すると酸化被膜の再生が不十分となり、コンデンサとしての機能が低下してしまう。
【０００４】
そのために電解液の酸化被膜修復能力が、電解コンデンサ自体の特性に直接影響を及ぼすことになる。したがって、高性能の電解コンデンサを得るには、優れた酸化被膜修復能力を有した電解液を用いることが不可欠の条件とされている。
【０００５】
そこでその好適な電解液として、非プロトン溶媒を主溶媒とし、カルボン酸またはその塩を溶解したものがよく使用されている。特に、低圧用の電解コンデンサにはγ−ブチロラクトンを主体とした溶媒に芳香族カルボン酸の第４級アンモニウム塩や、第３級アミン塩を溶質として溶解した電解液が多く使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第３級アミン塩や第４級アンモニウム塩を含有する電解液を使用した電解コンデンサは火花電圧が低いという欠点がある。また第３級アミン塩を含む電解液は電気伝導度が低く、第４級アンモニウム塩を含有する電解液より電気伝導度において劣る。
【０００７】
さらに、第４級アンモニウム塩を含有する電解液は電気伝導度は良いが、漏液が多いという欠点がある。すなわち第４級アンモニウム塩を含有する電解液はブチルゴムなどの封口体を膨潤させたり、特に陰極箔に固着されたリード線のタブ端子の近傍において電解液のｐＨが強アルカリとなり、タブ端子を腐食させてゴム封口体に穿設された透孔との嵌合が弱まり、ゴム封口体とタブ端子の間から外部へ漏液しやすくなるという問題点がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述した従来の課題に鑑みなされたもので、電気伝導度および火花電圧に優れ漏液のない信頼性の高いアルミニウム電解コンデンサおよびアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液を提供するものである。すなわち、本発明は芳香族または脂肪族カルボン酸のトリルトリアゾ−ル塩を溶質とした電解液を特徴とするものである。
【０００９】
トリルトリアゾ−ルとして５メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾ−ル、４メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾ−ル、または５メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾ−ルと４メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾ−ルとの混合物を例示できる。当該混合物において、混合割合は任意に選択できる。
【００１０】
本発明に用いられる芳香族カルボン酸はフタル酸、安息香酸、サリチル酸またはレゾルシル酸が好ましいが、これに限定するものではない。
【００１１】
また、本発明に用いられる脂肪族カルボン酸はマレイン酸、シトラコン酸、フマル酸またはマロン酸が好ましいが、これに限定するものではない。
【００１２】
本発明の電解液は溶媒として非プロトン溶媒を用いるのが好ましく、非プロトン溶媒としてはβ−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、γ−ヘプタラクトン、γ−ヒドロキシ−ｎ−カプリル酸ラクトン、γ−ノナラクトン、δ−デカラクトン、γ−ウンデカラクトンなどのラクトン類が挙げられるが、ラクトン類にのみに限定するものではない。
【００１３】
また、本発明においては非プロトン溶媒に他の溶媒を混合してもよい。この場合、混合する溶媒はグリコール類が好ましく、エチレングリコール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、エチレングリコールジアルキルエ−テル、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコール、グリセリンなどが挙げられるが、本発明で混合される溶媒はグリコール類のみに限定するものではない。
【００１４】
本発明に係る電解液において、ラクトン類やグリコール類などの溶媒中におけるカルボン酸のトリルトリアゾ−ル塩の含有量は、種々に選択し得るが、飽和溶液の状態が最も電気伝導度が高く好適である。カルボン酸のトリルトリアゾ−ル塩の含有量は電解液中１〜６０重量％、好ましくは１０〜４０重量％程度であり、６０重量％を超えると溶解しなくなる。
【００１５】
本発明において、ラクトン類やグリコール類をそれぞれ単独で用いることもできるが、混合して用いる方が高い電気伝導度が得られやすい。ラクトン類とグリコール類の混合割合は重量比２０対８０から９５対５程度が採用される。
【００１６】
本発明においては、本発明に係る電解液の火花電圧を向上させるために硼酸、リン酸、タングステン酸、ヘテロポリ酸などの無機酸またはその塩やマンニット、ソルビットなどの多糖類を０．１〜１０重量％、好ましくは０．１〜５重量％添加してもよい。
【００１７】
さらに、電解コンデンサの初期の損失角の正接（ｔａｎδ）を改善するために、本発明に係る電解液にケトン類、ニトロ化合物またはその塩を０．１〜１０重量％、好ましくは０．１〜５重量％を添加してもよい。
【００１８】
本発明に係る電解液のｐＨは必要に応じて所望のｐＨ調整剤を添加することにより４〜１２、好ましくは５〜７に調整される。また、電解液中の水分の存在はアルミニウム箔の腐食の原因などとなるので、出来るだけ存在しない方が望ましいが、５重量％程度以下であれば特に不都合は生じない。
【００１９】
【実施例】
実施例として下記のような組成の実施例１、２の電解液を作製し、また比較例として下記の比較例１〜４の電解液を作製した。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
実施例１、２および比較例１〜４の電解液の電気伝導度（μＳ／ｃｍ；液温４０℃にて）および火花電圧（Ｖ；液温８５℃にて）を測定した。その結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
この結果から、実施例１、２の電解液は比較例１〜４の電解液に比べて、電気伝導度に優れ、火花電圧が格段に高いことがわかる。
【００２９】
次に、実施例１、２の電解液と比較例１〜４の電解液を用いて定格１０Ｖ８２０μＦ（製品サイズ；直径８ｍｍ、軸長９ｍｍ）の電解コンデンサを各々１００個作製し、１０５℃の温度下で負荷試験を３０００時間実施し、試験前後における静電容量の変化率を測定した。その平均値を表２に示す。
【００３０】
【表２】
【００３１】
この結果から、実施例１、２の電解液は比較例１〜４の電解液に比べて、長時間の負荷試験後においても静電容量変化率が少ないことがわかる。
【００３２】
また、実施例１、２の電解液と比較例１〜４の電解液を用いて定格１０Ｖ１２０μＦ（製品サイズ；直径５ｍｍ、軸長５ｍｍ）の電解コンデンサを各々１００個作製し、温度６０℃、湿度９５％の下で貯蔵試験を２０００時間実施し、試験後、各電解コンデンサの漏液状態を目視検査で確認した。その結果を表３に示す（数値は１００個中の漏液のあった個数を示す）。
【００３３】
【表３】
【００３４】
表３から、本発明の電解コンデンサでは、漏液は比較例１、３と同じく発見されなかった。
【００３５】
さらに、実施例１、２の電解液と比較例１〜４の電解液を用いて定格１００Ｖ４７０μＦ（製品サイズ；直径２２ｍｍ、軸長２５ｍｍ）の電解コンデンサの製品化を試みた。その結果比較例１〜４では火花電圧不足で製品化できなかったが、実施例では製品化ができ、実施例１の電解コンデンサの初期特性を測定したところ静電容量４７１μＦ、損失角の正接（ｔａｎδ）０．０８２、漏れ電流ＬＣ（１分値）１６μＡであった。また実施例２の電解コンデンサの初期特性は静電容量４７０μＦ、損失角の正接（ｔａｎδ）０．０７０、漏れ電流ＬＣ（１分値）１８μＡであった。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、芳香族または脂肪族カルボン酸のトリルトリアゾ−ル塩を溶質としたことにより、電気伝導度に優れ、火花電圧が高く、静電容量の経時変化が少なく、漏液のないアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液およびアルミニウム電解コンデンサを得ることができる。
【産業上の利用分野】
本発明は電解コンデンサ駆動用電解液を使用したアルミニウム電解コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム電解コンデンサは、エッチングされたアルミニウム箔の表面に電解酸化などによって酸化被膜を形成したアルミニウム陽極箔とアルミニウム陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に電解コンデンサ駆動用電解液を含浸し、これを有底の金属ケ−ス内に入れ開口部を絶縁性の封口体で密封し、陽極箔および陰極箔にそれぞれ固着された引出しリードを、それぞれ封口体の貫通孔から外に引き出してなる構造を有する。
【０００３】
アルミニウム電解コンデンサ（以下、「電解コンデンサ」という）の駆動用電解液（以下、「電解液」という）は、このような構造を有する電解コンデンサの実質的に誘電体である電極箔（陽極箔）の酸化被膜に接し、真の陰極として機能するとともに酸化被膜の修復能力を有しており、通電中は常に酸化被膜の再生という化学反応を起こして、コンデンサ特性を安定させている。しかし長期間使用していたり、長期間保管した後に使用すると酸化被膜の再生が不十分となり、コンデンサとしての機能が低下してしまう。
【０００４】
そのために電解液の酸化被膜修復能力が、電解コンデンサ自体の特性に直接影響を及ぼすことになる。したがって、高性能の電解コンデンサを得るには、優れた酸化被膜修復能力を有した電解液を用いることが不可欠の条件とされている。
【０００５】
そこでその好適な電解液として、非プロトン溶媒を主溶媒とし、カルボン酸またはその塩を溶解したものがよく使用されている。特に、低圧用の電解コンデンサにはγ−ブチロラクトンを主体とした溶媒に芳香族カルボン酸の第４級アンモニウム塩や、第３級アミン塩を溶質として溶解した電解液が多く使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第３級アミン塩や第４級アンモニウム塩を含有する電解液を使用した電解コンデンサは火花電圧が低いという欠点がある。また第３級アミン塩を含む電解液は電気伝導度が低く、第４級アンモニウム塩を含有する電解液より電気伝導度において劣る。
【０００７】
さらに、第４級アンモニウム塩を含有する電解液は電気伝導度は良いが、漏液が多いという欠点がある。すなわち第４級アンモニウム塩を含有する電解液はブチルゴムなどの封口体を膨潤させたり、特に陰極箔に固着されたリード線のタブ端子の近傍において電解液のｐＨが強アルカリとなり、タブ端子を腐食させてゴム封口体に穿設された透孔との嵌合が弱まり、ゴム封口体とタブ端子の間から外部へ漏液しやすくなるという問題点がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述した従来の課題に鑑みなされたもので、電気伝導度および火花電圧に優れ漏液のない信頼性の高いアルミニウム電解コンデンサおよびアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液を提供するものである。すなわち、本発明は芳香族または脂肪族カルボン酸のトリルトリアゾ−ル塩を溶質とした電解液を特徴とするものである。
【０００９】
トリルトリアゾ−ルとして５メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾ−ル、４メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾ−ル、または５メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾ−ルと４メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾ−ルとの混合物を例示できる。当該混合物において、混合割合は任意に選択できる。
【００１０】
本発明に用いられる芳香族カルボン酸はフタル酸、安息香酸、サリチル酸またはレゾルシル酸が好ましいが、これに限定するものではない。
【００１１】
また、本発明に用いられる脂肪族カルボン酸はマレイン酸、シトラコン酸、フマル酸またはマロン酸が好ましいが、これに限定するものではない。
【００１２】
本発明の電解液は溶媒として非プロトン溶媒を用いるのが好ましく、非プロトン溶媒としてはβ−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、γ−ヘプタラクトン、γ−ヒドロキシ−ｎ−カプリル酸ラクトン、γ−ノナラクトン、δ−デカラクトン、γ−ウンデカラクトンなどのラクトン類が挙げられるが、ラクトン類にのみに限定するものではない。
【００１３】
また、本発明においては非プロトン溶媒に他の溶媒を混合してもよい。この場合、混合する溶媒はグリコール類が好ましく、エチレングリコール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、エチレングリコールジアルキルエ−テル、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコール、グリセリンなどが挙げられるが、本発明で混合される溶媒はグリコール類のみに限定するものではない。
【００１４】
本発明に係る電解液において、ラクトン類やグリコール類などの溶媒中におけるカルボン酸のトリルトリアゾ−ル塩の含有量は、種々に選択し得るが、飽和溶液の状態が最も電気伝導度が高く好適である。カルボン酸のトリルトリアゾ−ル塩の含有量は電解液中１〜６０重量％、好ましくは１０〜４０重量％程度であり、６０重量％を超えると溶解しなくなる。
【００１５】
本発明において、ラクトン類やグリコール類をそれぞれ単独で用いることもできるが、混合して用いる方が高い電気伝導度が得られやすい。ラクトン類とグリコール類の混合割合は重量比２０対８０から９５対５程度が採用される。
【００１６】
本発明においては、本発明に係る電解液の火花電圧を向上させるために硼酸、リン酸、タングステン酸、ヘテロポリ酸などの無機酸またはその塩やマンニット、ソルビットなどの多糖類を０．１〜１０重量％、好ましくは０．１〜５重量％添加してもよい。
【００１７】
さらに、電解コンデンサの初期の損失角の正接（ｔａｎδ）を改善するために、本発明に係る電解液にケトン類、ニトロ化合物またはその塩を０．１〜１０重量％、好ましくは０．１〜５重量％を添加してもよい。
【００１８】
本発明に係る電解液のｐＨは必要に応じて所望のｐＨ調整剤を添加することにより４〜１２、好ましくは５〜７に調整される。また、電解液中の水分の存在はアルミニウム箔の腐食の原因などとなるので、出来るだけ存在しない方が望ましいが、５重量％程度以下であれば特に不都合は生じない。
【００１９】
【実施例】
実施例として下記のような組成の実施例１、２の電解液を作製し、また比較例として下記の比較例１〜４の電解液を作製した。
【００２０】
実施例１、２および比較例１〜４の電解液の電気伝導度（μＳ／ｃｍ；液温４０℃にて）および火花電圧（Ｖ；液温８５℃にて）を測定した。その結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
この結果から、実施例１、２の電解液は比較例１〜４の電解液に比べて、電気伝導度に優れ、火花電圧が格段に高いことがわかる。
【００２９】
次に、実施例１、２の電解液と比較例１〜４の電解液を用いて定格１０Ｖ８２０μＦ（製品サイズ；直径８ｍｍ、軸長９ｍｍ）の電解コンデンサを各々１００個作製し、１０５℃の温度下で負荷試験を３０００時間実施し、試験前後における静電容量の変化率を測定した。その平均値を表２に示す。
【００３０】
【表２】
この結果から、実施例１、２の電解液は比較例１〜４の電解液に比べて、長時間の負荷試験後においても静電容量変化率が少ないことがわかる。
【００３２】
また、実施例１、２の電解液と比較例１〜４の電解液を用いて定格１０Ｖ１２０μＦ（製品サイズ；直径５ｍｍ、軸長５ｍｍ）の電解コンデンサを各々１００個作製し、温度６０℃、湿度９５％の下で貯蔵試験を２０００時間実施し、試験後、各電解コンデンサの漏液状態を目視検査で確認した。その結果を表３に示す（数値は１００個中の漏液のあった個数を示す）。
【００３３】
【表３】
表３から、本発明の電解コンデンサでは、漏液は比較例１、３と同じく発見されなかった。
【００３５】
さらに、実施例１、２の電解液と比較例１〜４の電解液を用いて定格１００Ｖ４７０μＦ（製品サイズ；直径２２ｍｍ、軸長２５ｍｍ）の電解コンデンサの製品化を試みた。その結果比較例１〜４では火花電圧不足で製品化できなかったが、実施例では製品化ができ、実施例１の電解コンデンサの初期特性を測定したところ静電容量４７１μＦ、損失角の正接（ｔａｎδ）０．０８２、漏れ電流ＬＣ（１分値）１６μＡであった。また実施例２の電解コンデンサの初期特性は静電容量４７０μＦ、損失角の正接（ｔａｎδ）０．０７０、漏れ電流ＬＣ（１分値）１８μＡであった。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、芳香族または脂肪族カルボン酸のトリルトリアゾ−ル塩を溶質としたことにより、電気伝導度に優れ、火花電圧が高く、静電容量の経時変化が少なく、漏液のないアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液およびアルミニウム電解コンデンサを得ることができる。
Claims (6)
- 芳香族カルボン酸のトリルトリアゾ−ル塩を溶質としたことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液。
- 脂肪族カルボン酸のトリルトリアゾ−ル塩を溶質としたことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液。
- 溶媒として非プロトン溶媒を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液。
- 芳香族カルボン酸のトリルトリアゾ−ル塩を溶質としたアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液を使用することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
- 脂肪族カルボン酸のトリルトリアゾ−ル塩を溶質としたアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液を使用することを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
- 溶媒として非プロトン溶媒を用いたアルミニウム電解コンデンサ駆動用電解液を使用することを特徴とする請求項４または５に記載のアルミニウム電解コンデンサ。
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1997
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| JPH10303077A (ja) | 1998-11-13 |
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