JP4360277B2 - Electrolytic capacitor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は各種電子機器に使用される電解コンデンサ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an electrolytic capacitor used in various electronic devices and a method for manufacturing the same.
電子機器の高周波化に伴い、電子部品である電解コンデンサにおいても高周波領域での等価直列抵抗(以下、ESRという)特性に優れた大容量の電解コンデンサが求められてきている。最近では、この高周波領域のESRを低減するために、電気電導度の高い導電性高分子等の固体電解質を用いた固体電解コンデンサが検討されてきており、また、その大容量化の要求に対しては、陽極箔と陰極箔とをその間にセパレータを介在させて巻回した巻回形構造のコンデンサ素子の内部に導電性高分子を充填した固体電解コンデンサが製品化されてきている。 With the increase in the frequency of electronic devices, there is a demand for a large-capacity electrolytic capacitor that is excellent in equivalent series resistance (hereinafter referred to as ESR) characteristics in the high-frequency region even in an electrolytic capacitor that is an electronic component. Recently, in order to reduce the ESR in this high frequency region, solid electrolytic capacitors using a solid electrolyte such as a conductive polymer with high electrical conductivity have been studied, and in response to the demand for larger capacity. For example, a solid electrolytic capacitor in which a conductive polymer is filled in a capacitor element having a winding structure in which an anode foil and a cathode foil are wound with a separator interposed therebetween has been commercialized.
上記巻回形の固体電解コンデンサは、陽極箔と陰極箔との接触を避けるためにセパレータを介在させることが必須であり、このセパレータとしては、従来の駆動用電解液を電解質とする電解コンデンサに用いられているマニラ麻やクラフト紙からなる、いわゆる電解紙を用いてコンデンサ素子を巻回した後に加熱等によりこの電解紙を炭化処理したもの(以下、炭化紙という)や、ガラス繊維不織布またはビニロン、ポリエステル、ポリアミドなどの合成繊維不織布を主成分とするものが用いられている。 In order to avoid contact between the anode foil and the cathode foil, it is essential to interpose a separator in the wound solid electrolytic capacitor. As this separator, an electrolytic capacitor using a conventional driving electrolyte as an electrolyte can be used. The capacitor paper is wound using so-called electrolytic paper made of Manila hemp or kraft paper, and this electrolytic paper is carbonized by heating or the like (hereinafter referred to as carbonized paper), glass fiber nonwoven fabric or vinylon, What has synthetic fiber nonwoven fabrics, such as polyester and polyamide, as a main component is used.
また、固体電解質に用いられる導電性高分子は、3,4−エチレンジオキシチオフェンをp−トルエンスルホン酸第二鉄で重合する方法に代表されるように、カチオン成分は金属イオンの還元反応を利用した酸化剤として作用し、アニオン成分はドーパントとして作用する酸化剤兼ドーパント剤によって化学酸化重合されたポリ3,4−エチレンジオキシチオフェンや、同じくピロールモノマーを酸化剤兼ドーパント剤として作用する塩化第二鉄や過硫酸塩によって化学酸化重合されたポリピロールなどが知られている。 In addition, the conductive polymer used in the solid electrolyte is represented by a method in which 3,4-ethylenedioxythiophene is polymerized with ferric p-toluenesulfonate. It acts as an oxidant, and the anion component is a poly 3,4-ethylenedioxythiophene chemically oxidatively polymerized by an oxidant and dopant agent acting as a dopant, and chlorinated by pyrrole monomer as an oxidant and dopant agent. Polypyrrole chemically oxidized and polymerized with ferric iron or persulfate is known.
一方、導電性高分子からなる固体電解質と駆動用電解液の両方を陰極引き出し材料に利用した巻回形の電解コンデンサが提案されており、この巻回形の電解コンデンサとしては、マニラ紙またはクラフト紙などのセパレータ紙、或いは、多孔質フィルムまたは合成繊維不織布セパレータを過硫酸塩を酸化剤兼ドーパントとして化学酸化重合した導電性高分子で導電化し、この導電化したセパレータと駆動用電解液を用いた電解コンデンサ(例えば、特許文献1,2)や、巻回形のコンデンサ素子に導電性ポリマーと駆動用電解液を含浸させた電解コンデンサ(例えば、特許文献3)などが提案されている。
しかしながら上記従来の巻回形の固体電解コンデンサにおいては、誘電体酸化皮膜の修復性の乏しい導電性高分子などの固体電解質を用いているため、耐電圧の高いコンデンサを構成することが困難であり、定格電圧にして最大25〜32V程度のものしか得ることができず、また、この定格電圧範囲内であっても、使用中に突発的な漏れ電流の増大や誘電体酸化皮膜欠陥の発生に伴うショート故障などが発生するため、故障率を明確に算出した上で使用しなければならないなどの不都合がある。 However, in the above conventional wound solid electrolytic capacitor, it is difficult to construct a capacitor with a high withstand voltage because it uses a solid electrolyte such as a conductive polymer with poor repairability of the dielectric oxide film. Only a maximum voltage of about 25 to 32 V can be obtained, and even within this rated voltage range, sudden increase of leakage current or generation of dielectric oxide film defects may occur during use. Since a short circuit failure occurs, there is an inconvenience that the failure rate must be calculated and used.
さらに、固体電解コンデンサの製造過程においてもエージング中のショート率が高く、製造不良率が駆動用電解液を用いた電解コンデンサのそれと比較して著しく高いなどの不具合があり、このショートの不具合は、密度の高いセパレータや耐熱性の高いセパレータ(例えば、ポリエステル樹脂やアラミド樹脂を主体とするセパレータなど)の使用により改善される傾向にはあるが、駆動用電解液のみを用いた従来の電解コンデンサと比較した場合、未だ十分ではない。 In addition, there is a problem that the short-circuit rate during aging is also high in the manufacturing process of the solid electrolytic capacitor, and the manufacturing defect rate is significantly higher than that of the electrolytic capacitor using the driving electrolytic solution. Although there is a tendency to be improved by the use of high density separators or separators having high heat resistance (for example, separators mainly made of polyester resin or aramid resin), conventional electrolytic capacitors using only a driving electrolyte When compared, it is not enough.
また、これらの不具合を改善する目的で、導電性高分子からなる固体電解質と駆動用電解液の両方を陰極引き出し材料に利用した電解コンデンサが提案されているが、無機酸である過硫酸ナトリウムや過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩を酸化剤兼ドーパント剤として化学酸化重合した導電性高分子で構成されているため、ドーパントとして機能する過硫酸イオンが容易に脱ドープして駆動用電解液に溶出したり、脱ドープにより導電性高分子の導電性が著しく低下し、電解コンデンサを構成した際の熱的な安定性が乏しく、高周波領域でのESRの経時変化が大きいといった課題を有している。 For the purpose of improving these problems, electrolytic capacitors using both a solid electrolyte made of a conductive polymer and a driving electrolyte as a cathode lead material have been proposed. Because it is composed of a conductive polymer that is chemically oxidatively polymerized using persulfate such as ammonium persulfate as an oxidant and dopant agent, persulfate ions that function as dopants can be easily dedoped and eluted into the drive electrolyte. In addition, the conductivity of the conductive polymer is remarkably lowered by dedoping, the thermal stability when the electrolytic capacitor is constructed is poor, and there is a problem that the change with time of ESR in the high frequency region is large.
また、脱ドープしにくいp−トルエンスルホン酸第二鉄などの金属イオンの酸化−還元作用を有する遷移金属系酸化剤兼ドーパント剤を用いて3,4−エチレンジオキシチオフェンなどを化学酸化重合して固体電解コンデンサを得る方法も知られているが、この構成のコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸させて電解コンデンサを構成した場合、残留する金属イオン成分が駆動用電解液中での電気化学反応により溶解−析出し、電解コンデンサの漏れ電流を増大させるなどの不具合があり、また、この駆動用電解液を含浸しないで固体電解コンデンサを構成したとしても、高湿度の雰囲気下で使用した場合、封口部より浸入する水分の影響により、残留する金属イオン成分が水中での電気化学反応により溶解−析出して、やはり固体電解コンデンサの漏れ電流を増大させるなどの不具合がある。 In addition, chemical oxidation polymerization of 3,4-ethylenedioxythiophene and the like is performed using a transition metal oxidant / dopant that has an oxidation-reduction action of metal ions such as ferric p-toluenesulfonate which is difficult to be dedoped. There is also known a method for obtaining a solid electrolytic capacitor. However, when an electrolytic capacitor is configured by impregnating a capacitor element of this configuration with a driving electrolyte, residual metal ion components are electrochemically contained in the driving electrolyte. When there is a problem such as dissolution-deposition caused by the reaction, increasing the leakage current of the electrolytic capacitor, and even if the solid electrolytic capacitor is configured without impregnating this driving electrolyte, it is used in a high humidity atmosphere The remaining metal ion component is dissolved and precipitated by an electrochemical reaction in water due to the influence of moisture entering from the sealing portion, and the solid electrolytic capacitor There is a problem, such as increasing the leakage current of the capacitor.
本発明はこのような従来の課題を解決し、耐電圧が高く、漏れ電流の安定性に優れた低ESRの電解コンデンサ及びその製造方法を提供することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a low ESR electrolytic capacitor having a high withstand voltage and excellent leakage current stability, and a method for manufacturing the same, in order to solve such conventional problems.
上記課題を解決するために本発明は、エッチングして誘電体酸化皮膜を形成した陽極箔とエッチングした陰極箔とをその間に導電性セパレータを介在させて巻回することにより構成したコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に金属ケース内に収納した電解コンデンサにおいて、上記導電性セパレータが、不織布のセパレータ基材に導電性高分子を気相重合により形成することにより導電性化され、かつ、少なくとも陽極箔と接する面の表面層の導電率を内層の導電率よりも小さくした構成のものである。 In order to solve the above problems, the present invention comprises a capacitor element formed by winding an anode foil etched to form a dielectric oxide film and an etched cathode foil with a conductive separator interposed therebetween, In an electrolytic capacitor in which the capacitor element is housed in a metal case together with a driving electrolyte, the conductive separator is made conductive by forming a conductive polymer on a nonwoven fabric separator base material by gas phase polymerization, and The conductivity of the surface layer on at least the surface in contact with the anode foil is smaller than the conductivity of the inner layer.
また、この電解コンデンサの製造方法として、陽極箔と陰極箔をその間に導電性セパレータを介在させて巻回することによりコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸して金属ケース内に収納する工程とを有し、上記導電性セパレータを形成する工程が、不織布からなるセパレータ基材に酸化剤溶液を含浸し、続いてこのセパレータ基材を導電性高分子のモノマー蒸気中で気相重合することにより導電性高分子をセパレータ基材に付着させ、続いて、これを洗浄、乾燥した後、このセパレータ基材の表面層の導電率を内層よりも小さくするための表面処理を行うようにしたものである。 In addition, as a method of manufacturing this electrolytic capacitor, a capacitor element is formed by winding an anode foil and a cathode foil with a conductive separator interposed therebetween, and the capacitor element is impregnated with a driving electrolytic solution to form a metal case. And the step of forming the conductive separator impregnates a separator base material made of nonwoven fabric with an oxidant solution, and subsequently the separator base material in a monomer vapor of a conductive polymer. After conducting vapor phase polymerization to attach the conductive polymer to the separator base material, and then cleaning and drying it, surface treatment is performed to make the conductivity of the surface layer of the separator base material smaller than that of the inner layer. It is what I do.
以上のように本発明によれば、導電性セパレータの表面層の導電率を内層よりも小さくすることによってセパレータの表面層の耐電圧が高くなるため、耐電圧が高く、かつ、セパレータ内層の導電率が高いために低ESRの電解コンデンサを得ることができるようになるものである。 As described above, according to the present invention, the withstand voltage of the surface layer of the separator is increased by making the conductivity of the surface layer of the conductive separator smaller than that of the inner layer. Since the rate is high, a low ESR electrolytic capacitor can be obtained.
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項について説明する。 Hereinafter, all the claims of the present invention will be described with reference to embodiments.
図1は本発明の一実施の形態による電解コンデンサの構成を示した部分断面斜視図であり、同図において9はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子9はエッチング処理により表面を粗面化した後に陽極酸化処理により誘電体酸化皮膜を形成したアルミニウム箔からなる陽極箔1と、アルミニウム箔を少なくともエッチング処理した陰極箔2とを、その間に、予め非遷移金属系酸化剤と有機酸化合物を少なくとも含む溶液中で重合モノマーを化学酸化重合することにより形成される導電性高分子を被覆した導電性セパレータ3を介在させて巻回することにより構成されたものである。
FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view showing the structure of an electrolytic capacitor according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 9 indicates a capacitor element, and the
4と5は上記陽極箔1と陰極箔2に夫々接続された外部導出用の陽極リードと陰極リード、7は上記コンデンサ素子9を図示しない駆動用電解液と共に収納した有底円筒状のアルミニウムからなる金属ケース、6は上記陽極リード4と陰極リード5が挿通する孔を備えて上記金属ケース7の開口部を封止した封口部材、8は陽極リード4と陰極リード5が挿通する孔を備えてこの封口部材6側に装着された絶縁性樹脂からなる座板であり、この座板8の外表面に設けられた溝に沿って陽極リード4と陰極リード5を折り曲げることにより面実装型の電解コンデンサを構成したものである。
4 and 5 are anode leads and cathode leads for external lead connected to the
なお、上記コンデンサ素子9は、封止を行う前の工程で駆動用電解液を含浸した構成にしても良い。また、上記図1では面実装型の電解コンデンサを示したが、本発明は面実装型に限定するものではなく、座板8が無い構成の電解コンデンサとしても良い。
The
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。 Next, specific examples of the present invention will be described.
(実施例1)
ポリパラフェニレンテレフタラミドを主成分とする芳香族ポリアミド樹脂を原料にスパンボンド法により得られた不織布からなるセパレータの基材(基材の厚さ50μm、秤量25g/m2)を、過硫酸アンモニウム(濃度3重量%)と有機酸化合物である2−ナフタレンスルホン酸(濃度5重量%)を含有する水とエタノールとの混合溶媒(以下、これを酸化剤溶液Aとする)に浸漬した。この際の、酸化剤溶液Aの含浸量は15mg/cm2であった。この酸化剤溶液Aを含浸したセパレータを、ピロールモノマーを入れた槽の上に酸化剤溶液Aを含浸したセパレータがピロールモノマーに接触しないように設置し、この系を密閉して雰囲気温度を40℃に保った。5分間放置後、セパレータを取り出し、ポリピロールが被覆されたセパレータの基材を60℃の温水中で5分間洗浄し、その後、105℃で乾燥してセパレータを得た(以下、これをセパレータAとする)。
(Example 1)
A separator base material (base material thickness 50 μm, weight 25 g / m 2 ) made of nonwoven fabric obtained by a spunbond method using aromatic polyamide resin mainly composed of polyparaphenylene terephthalamide as ammonium persulfate It was immersed in a mixed solvent of water and ethanol (hereinafter referred to as oxidizer solution A) containing 2-naphthalenesulfonic acid (
このセパレータAの導電率を四端子法により測定(測定機器:三菱化学製ロレスタ)したところ、その導電率は3.5S/cmであった。 When the electrical conductivity of this separator A was measured by a four-terminal method (measuring instrument: Loresta manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), the electrical conductivity was 3.5 S / cm.
さらに、このセパレータAを220℃の温度で5分間熱処理した(以下、この熱処理したセパレータを、セパレータA2とする)。このセパレータA2の表面層の導電率を四端子法により測定(同上)したところ、その導電率は3.0S/cmであった。 Furthermore, this separator A was heat-treated at a temperature of 220 ° C. for 5 minutes (hereinafter, this heat-treated separator is referred to as separator A2). When the conductivity of the surface layer of the separator A2 was measured by the four-terminal method (same as above), the conductivity was 3.0 S / cm.
また、重合反応を確認するために、上記セパレータAの1cm2分を細かく切断して10mlの純水中に浸漬し、超音波洗浄処理を30分間施した後、イオンクロマト分析装置にて上記ろ液中の陰イオン成分を定性したところ、硫酸イオン(過硫酸アンモニウム由来)以外に1−ナフタレンスルホン酸イオンが検出された。 In order to confirm the polymerization reaction, 1 cm 2 of the separator A was cut finely, immersed in 10 ml of pure water, subjected to ultrasonic cleaning for 30 minutes, and then filtered with an ion chromatography analyzer. When the anion component in the liquid was qualitatively determined, 1-naphthalene sulfonate ion was detected in addition to sulfate ion (derived from ammonium persulfate).
この結果は、有機酸イオンである1−ナフタレンスルホン酸が超音波洗浄処理により溶解して検出されたものであることから、酸化剤溶液浸漬−気相重合−水洗−乾燥処理を繰り返しただけで導電性高分子であるポリピロール中に有機酸イオンである1−ナフタレンスルホン酸がドーピングされていることを確認できたものと考察できる。 This result is that 1-naphthalenesulfonic acid, which is an organic acid ion, was detected by dissolving it by ultrasonic cleaning treatment. Therefore, the oxidant solution immersion-gas phase polymerization-water washing-drying treatment was repeated. It can be considered that it was confirmed that polypyrrole, which is a conductive polymer, was doped with 1-naphthalenesulfonic acid, which is an organic acid ion.
次に、エッチング処理により表面を粗面化した後に陽極酸化処理により誘電体酸化皮膜(化成電圧35V)を形成したアルミニウム箔からなる陽極箔と、アルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔とを、その間にセパレータAを介在させて巻回することによりコンデンサ素子を得た。このコンデンサ素子は、アジピン酸アンモニウムの10重量%エチレングリコール溶液中での周波数120Hzにおける静電容量は450μFであった。 Next, an anode foil made of an aluminum foil having a dielectric oxide film (formation voltage of 35 V) formed by roughening the surface by etching and then anodizing, and a cathode foil obtained by etching the aluminum foil, A capacitor element was obtained by winding with the separator A interposed. This capacitor element had a capacitance of 450 μF at a frequency of 120 Hz in a 10 wt% ethylene glycol solution of ammonium adipate.
続いて、上記コンデンサ素子を、モノ(トリエチルアミン)=フタル酸塩(濃度25重量%)、p−ニトロ安息香酸(濃度0.5重量%)、モノブチル燐酸エステル(濃度0.5重量%)を含有するγ−ブチロラクトン溶液(以下、これを駆動用電解液Aとする)に減圧条件(−700mmHg)下で浸漬し、コンデンサ素子の空隙部に駆動用電解液Aを含浸させた。 Subsequently, the capacitor element contains mono (triethylamine) = phthalate (concentration 25% by weight), p-nitrobenzoic acid (concentration 0.5% by weight), monobutyl phosphate (concentration 0.5% by weight). The γ-butyrolactone solution (hereinafter referred to as “driving electrolyte A”) was immersed under reduced pressure conditions (−700 mmHg), and the gaps of the capacitor elements were impregnated with the driving electrolyte A.
次に、このコンデンサ素子を有底筒状のアルミニウムからなる金属ケースに挿入後、この金属ケースの開口部に樹脂加硫ブチルゴムからなる封口部材(ブチルゴムポリマー30部、カーボン20部、無機充填剤50部から構成、封口部材硬度:70IRHD[国際ゴム硬さ単位])を配設した後、金属ケースの開口端をカーリング処理することにより封止し、更に陽極箔、陰極箔から夫々導出された両リードをポリフェニレンサルファイド製の座板に通し、そのリード部を扁平に折り曲げ加工して上記座板を固定した。 Next, after inserting this capacitor element into a metal case made of bottomed cylindrical aluminum, a sealing member made of resin vulcanized butyl rubber (30 parts of butyl rubber polymer, 20 parts of carbon, 50 inorganic fillers) in the opening of this metal case. And sealing member hardness: 70 IRHD (international rubber hardness unit)), and then the end of the metal case is sealed by curling treatment, and both the lead and anode foils, respectively, are led out. The lead was passed through a seat plate made of polyphenylene sulfide, and the lead portion was bent flat to fix the seat plate.
最後に、直流電圧30Vを1h連続的に印加(雰囲気温度105℃)することによりエージングを行い、面実装型の電解コンデンサを作製した(サイズ:直径10mm×高さ10mm)。 Finally, aging was performed by continuously applying a DC voltage of 30 V for 1 h (atmosphere temperature: 105 ° C.) to produce a surface mount type electrolytic capacitor (size: diameter 10 mm × height 10 mm).
(実施例2)
上記実施例1において、セパレータ基材を酸化剤溶液Aに浸漬した後、シリコンゴムのローラでセパレータ基材の両端を挟み、セパレータ基材への酸化剤溶液Aの含浸量を、セパレータの長さ方向に対し、18mg/cm2と均一にし、この酸化剤溶液Aを含浸したセパレータを、ピロールモノマーを入れた槽の上に酸化剤溶液Aを含浸したセパレータがピロールモノマーに接触しないように設置し、この系を密閉して雰囲気温度を35℃に保った。3分間放置後、セパレータを取り出し、ポリピロールが被覆されたセパレータの基材を、室温の純水を1分間吹き付けて洗浄し、その後、105℃で乾燥してセパレータを得た(以下、これをセパレータBとする)。このセパレータBの導電率を四端子法により測定(同上)したところ、その導電率は2.9S/cmであった。
(Example 2)
In Example 1 above, after the separator base material was immersed in the oxidant solution A, both ends of the separator base material were sandwiched between rollers of silicon rubber, and the amount of the oxidant solution A impregnated into the separator base material was determined by the length of the separator. The separator made uniform with 18 mg / cm 2 with respect to the direction, and the separator impregnated with the oxidant solution A was placed on the tank containing the pyrrole monomer so that the separator impregnated with the oxidant solution A did not come into contact with the pyrrole monomer. The system was sealed and the ambient temperature was kept at 35 ° C. After leaving for 3 minutes, the separator was taken out, and the substrate of the separator coated with polypyrrole was washed by spraying room temperature pure water for 1 minute, and then dried at 105 ° C. to obtain a separator (hereinafter referred to as the separator). B). When the conductivity of the separator B was measured by the four probe method (same as above), the conductivity was 2.9 S / cm.
さらに、セパレータBを水酸化ナトリウムpH=12の水溶液に5分間浸漬し、その後、純粋を1分間吹き付けて洗浄し、その後、105℃で乾燥してセパレータを得た(以下、これをセパレータB2とする)。このセパレータB2の表面層の導電率を四端子法により測定(同上)したところ、その導電率は2.5S/cmであった。 Further, the separator B was immersed in an aqueous solution of sodium hydroxide pH = 12 for 5 minutes, and then washed by spraying pure for 1 minute, and then dried at 105 ° C. to obtain a separator (hereinafter referred to as separator B2). To do). When the conductivity of the surface layer of the separator B2 was measured by the four-terminal method (same as above), the conductivity was 2.5 S / cm.
上記以外は、実施例1と同様にして電解コンデンサを作製した。 An electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
(実施例3)
ポリエチレンテレフタレートを主成分とするテレフタル樹脂を原料にスパンボンド法により得られた不織布からなるセパレータの基材(基材の厚さ50μm、秤量25g/m2)を、過硫酸アンモニウム(濃度10重量%)と有機酸化合物である2−ナフタレンスルホン酸(濃度3重量%)を含有する水溶液(以下、これを酸化剤溶液Bとする)に浸漬した。この際の、酸化剤溶液Bの含浸量は20mg/cm2であった。この酸化剤溶液Bを含浸したセパレータを、ピロールモノマーを入れた槽の上にピロールモノマー液面と酸化剤溶液Bを含浸したセパレータを3cmの間隔を空けて設置し、この系を密閉して雰囲気温度を35℃に保った。3分間放置後、セパレータを取り出し、ポリピロールが被覆されたセパレータの基材を70℃の温水中で3分間洗浄し、その後、105℃で乾燥してセパレータを得た(以下、これをセパレータCとする)。このセパレータCの導電率を四端子法により測定(同上)したところ、その導電率は1.5S/cmであった。
(Example 3)
Separator base material (base material thickness 50 μm, weighing 25 g / m 2 ) made of nonwoven fabric obtained by spunbonding using terephthalic resin mainly composed of polyethylene terephthalate as ammonium persulfate (concentration 10% by weight) And an aqueous solution containing 2-naphthalenesulfonic acid (concentration 3% by weight) which is an organic acid compound (hereinafter referred to as oxidant solution B). At this time, the impregnation amount of the oxidizing agent solution B was 20 mg / cm 2 . The separator impregnated with the oxidant solution B is placed on the tank containing the pyrrole monomer with the pyrrole monomer liquid surface and the separator impregnated with the oxidant solution B at a distance of 3 cm, and the system is sealed and the atmosphere The temperature was kept at 35 ° C. After leaving for 3 minutes, the separator was taken out, and the base material of the separator coated with polypyrrole was washed in warm water at 70 ° C. for 3 minutes and then dried at 105 ° C. to obtain a separator (hereinafter referred to as separator C). To do). When the conductivity of the separator C was measured by the four probe method (same as above), the conductivity was 1.5 S / cm.
さらに、このセパレータCを230℃の温度で3分間熱処理した(以下、この熱処理したセパレータを、セパレータC2とする)。このセパレータC2の表面層の導電率を四端子法により測定(同上)したところ、その導電率は1.2S/cmであった。 Furthermore, this separator C was heat-treated at a temperature of 230 ° C. for 3 minutes (hereinafter, this heat-treated separator is referred to as a separator C2). When the conductivity of the surface layer of the separator C2 was measured by the four probe method (same as above), the conductivity was 1.2 S / cm.
上記以外は、実施例1と同様にして電解コンデンサを作製した。 An electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
(実施例4)
上記実施例1において、駆動用電解液Aの代わりに、モノ(1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリニウム)=フタル酸塩(濃度30重量%)、p−ニトロ安息香酸(濃度0.5重量%)、モノブチル燐酸エステル(濃度0.5重量%)を含有するγ−ブチロラクトン溶液(以下、これを駆動用電解液Bとする)を用いた以外は上記実施例1と同様にして電解コンデンサを作製した。
(Example 4)
In Example 1 above, instead of the driving electrolyte A, mono (1,2,3,4-tetramethylimidazolinium) = phthalate (concentration 30 wt%), p-nitrobenzoic acid (concentration 0) 0.5% by weight) and a γ-butyrolactone solution containing monobutyl phosphate (concentration 0.5% by weight) (hereinafter referred to as drive electrolyte B). An electrolytic capacitor was produced.
(実施例5)
上記実施例1において、駆動用電解液Aの代わりに、モノ(エチルジメチルメチルアミン)=フタル酸塩(濃度26重量%)、p−ニトロフェノール(濃度0.5重量%)、モノブチル燐酸エステル(濃度0.5重量%)、次亜燐酸(濃度0.1重量%)、ホウ酸(濃度0.2重量%)、マンニット(濃度0.2重量%)を含有するγ−ブチロラクトン80部とエチレングリコール20部の混合溶液(以下、これを駆動用電解液Cとする)を用いた以外は上記実施例1と同様にして電解コンデンサを作製した。
(Example 5)
In Example 1 above, instead of the driving electrolyte A, mono (ethyldimethylmethylamine) = phthalate (concentration: 26 wt%), p-nitrophenol (concentration: 0.5 wt%), monobutyl phosphate ( 80 parts of γ-butyrolactone containing 0.5% by weight), hypophosphorous acid (0.1% by weight), boric acid (0.2% by weight), mannitol (0.2% by weight), An electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that a mixed solution of 20 parts of ethylene glycol (hereinafter referred to as driving electrolyte C) was used.
(実施例6)
上記実施例1において、ピロールモノマーの代わりに、2,3−エチレンジオキシチオフェンモノマーを用いてセパレータを得た(以下、これをセパレータDとする)以外は上記実施例1と同様にして電解コンデンサを作製した。このセパレータDの導電率を四端子法により測定(同上)したところ、その導電率は2.3S/cmであった。
(Example 6)
In Example 1 above, an electrolytic capacitor was obtained in the same manner as in Example 1 except that a separator was obtained using 2,3-ethylenedioxythiophene monomer instead of pyrrole monomer (hereinafter referred to as Separator D). Was made. When the conductivity of the separator D was measured by the four-terminal method (same as above), the conductivity was 2.3 S / cm.
さらに、セパレータDをアンモニア水pH=11に10分間浸漬し、その後、純水中に5分間浸漬して洗浄し、その後、105℃で乾燥してセパレータを得た(以下、これをセパレータD2とする)。このセパレータD2の表面層の導電率を四端子法により測定(同上)したところ、その導電率は2.2S/cmであった。 Further, the separator D was immersed in ammonia water pH = 11 for 10 minutes, then immersed in pure water for 5 minutes for cleaning, and then dried at 105 ° C. to obtain a separator (hereinafter referred to as separator D2). To do). When the conductivity of the surface layer of the separator D2 was measured by the four-terminal method (same as above), the conductivity was 2.2 S / cm.
上記以外は、実施例1と同様にして電解コンデンサを作製した。 An electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
(比較例1)
上記実施例1において、重合溶液Aの代わりに、ピロール(濃度0.5重量%)と有機酸の遷移金属塩である1−ナフタレンスルホン酸第二鉄(濃度5重量%)およびp−ニトロフェノール(濃度0.1重量%)を含有する水溶液(以下、これを重合溶液Dとする)にセパレータの基材を浸漬し引き上げることで、その表面に三価の鉄イオンの酸化作用を利用した化学酸化重合により導電性高分子となるポリピロールを形成した。このポリピロールで被覆されたセパレータの基材を水洗後に70℃で乾燥し、この操作を3回繰り返してセパレータ(以下、これをセパレータEとする)を得た以外は上記実施例1と同様にして電解コンデンサを作製した。このセパレータEの導電率を四端子法により測定(同上)したところ、その導電率は1.0S/cmであった。
(Comparative Example 1)
In Example 1 above, instead of the polymerization solution A, pyrrole (concentration 0.5 wt%) and 1-naphthalenesulfonic acid ferric acid (
また、重合反応を確認するために、上記セパレータEの1cm2分を細かく切断して10mlの純水中に浸漬し、超音波洗浄処理を30分間施した後の、ろ液中の鉄濃度を原子吸光分析装置にて定量したところ、320ppmの鉄が検出された。さらに、イオンクロマト分析装置にて上記ろ液中の陰イオン成分を定性したところ、硫酸イオン(過硫酸アンモニウム由来)以外に1−ナフタレンスルホン酸イオンが検出されており、この結果からも、導電性高分子であるポリピロール中に有機酸イオンである1−ナフタレンスルホン酸がドーピングされていることを確認できた。 Further, in order to confirm the polymerization reaction, the iron concentration in the filtrate after 1 cm 2 of the separator E was cut finely and immersed in 10 ml of pure water and subjected to ultrasonic cleaning for 30 minutes. When quantified with an atomic absorption spectrometer, 320 ppm of iron was detected. Furthermore, when the anion component in the filtrate was qualitatively analyzed with an ion chromatograph, 1-naphthalene sulfonate ion was detected in addition to sulfate ion (derived from ammonium persulfate). It was confirmed that polypyrrole, which is a molecule, is doped with 1-naphthalenesulfonic acid, which is an organic acid ion.
(比較例2)
上記実施例1において、重合溶液Aの代わりに、ピロール(濃度0.5重量%)と過硫酸アンモニウム(濃度3重量%)と無機酸である硫酸(濃度5重量%)を含有する水溶液(以下、これを重合溶液Eとする)にセパレータの基材を浸漬し引き上げることで、その表面に過硫酸アンモニウムの酸化作用を利用した化学酸化重合により導電性高分子となるポリピロールを形成した。このポリピロールで被覆されたセパレータの基材を水洗後に70℃で乾燥し、この操作を3回繰り返したセパレータ(以下、これをセパレータFとする)を得た以外は上記実施例1と同様にして電解コンデンサを作製した。このセパレータFの導電率を四端子法により測定(同上)したところ、その導電率は1.0S/cmであった。
(Comparative Example 2)
In Example 1 above, instead of the polymerization solution A, an aqueous solution containing pyrrole (concentration 0.5% by weight), ammonium persulfate (concentration 3% by weight), and sulfuric acid (
また、重合反応を確認するために、上記セパレータFの1cm2分を細かく切断して10mlの純水中に浸漬し、超音波洗浄処理を30分間施した後の、ろ液中の鉄濃度を原子吸光分析装置にて定量したところ鉄は検出されなかった。さらに、イオンクロマト分析装置にて上記ろ液中の陰イオン成分を定性したところ、硫酸イオン(過硫酸アンモニウムおよび硫酸に由来)以外の陰イオン類は検出されなかった。この結果から導電性高分子であるポリピロール中に無機酸である硫酸以外にドーピングされた成分がないことを確認できた。 Further, in order to confirm the polymerization reaction, the iron concentration in the filtrate after 1 cm 2 of the separator F was finely cut and immersed in 10 ml of pure water and subjected to ultrasonic cleaning for 30 minutes. Iron was not detected as determined by an atomic absorption spectrometer. Furthermore, when the anion component in the filtrate was qualitatively analyzed with an ion chromatography analyzer, anions other than sulfate ions (derived from ammonium persulfate and sulfuric acid) were not detected. From this result, it was confirmed that there was no doped component other than sulfuric acid, which is an inorganic acid, in polypyrrole, which is a conductive polymer.
(比較例3)
上記実施例1において、セパレータの基材をマニラ麻繊維100%(厚み50μm、秤量20g/m2)(以下、これをセパレータGとする)を用いた以外は上記実施例1と同様にして電解コンデンサを作製した。このセパレータGの導電率を四端子法により測定(同上)したところ、その導電率は0.12S/cmと低いものであり、かつ機械的な強度も弱いものであった。
(Comparative Example 3)
An electrolytic capacitor in the same manner as in Example 1 except that the separator base material was 100% Manila hemp fiber (thickness 50 μm, weighed 20 g / m 2 ) (hereinafter referred to as separator G). Was made. When the conductivity of the separator G was measured by the four probe method (same as above), the conductivity was as low as 0.12 S / cm and the mechanical strength was also weak.
(比較例4)
上記実施例1において、セパレータの基材に導電性高分子を被覆しないものを用いた以外は上記実施例1と同様にして電解コンデンサを作製した。
(Comparative Example 4)
An electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator base material was not coated with a conductive polymer.
(比較例5)
エッチング処理により表面を粗面化した後に陽極酸化処理により誘電体酸化皮膜(化成電圧38V)を形成したアルミニウム箔からなる陽極箔と、アルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔とを、その間にポリパラフェニレンテレフタラミドを主成分とする芳香族アラミド樹脂を原料にスパンボンド法により得られた不織布からなるセパレータの基材(基材の厚さ50μm、秤量25g/m2)を介在させて巻回することによりコンデンサ素子を得た。このコンデンサ素子の、アジピン酸アンモニウムの10重量%エチレングリコール溶液中での周波数120Hzにおける静電容量は450μFであった。
(Comparative Example 5)
An anode foil made of an aluminum foil having a dielectric oxide film (formation voltage 38 V) formed by roughening the surface by etching and then anodizing, and a cathode foil obtained by etching the aluminum foil, and polyparaphenylene between them Winding through a separator base material (base material thickness 50 μm, weighing 25 g / m 2 ) made of nonwoven fabric obtained by spunbond method using aromatic aramid resin mainly composed of terephthalamide as raw material As a result, a capacitor element was obtained. This capacitor element had a capacitance of 450 μF at a frequency of 120 Hz in a 10 wt% ethylene glycol solution of ammonium adipate.
このコンデンサ素子を複素環式重合性モノマーである3,4−エチレンジオキシチオフェン1部と酸化剤であるp−トルエンスルホン酸第二鉄塩2部と重合溶液であるn−ブタノール4部を含む重合溶液に浸漬して引き上げた後、85℃で60分間放置することにより化学酸化重合により導電性高分子であるポリ3,4−エチレンジオキシチオフェンを電極箔間に形成した。 This capacitor element includes 1 part of 3,4-ethylenedioxythiophene as a heterocyclic polymerizable monomer, 2 parts of p-toluenesulfonic acid ferric salt as an oxidizing agent, and 4 parts of n-butanol as a polymerization solution. After being pulled up by being immersed in the polymerization solution, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, which is a conductive polymer, was formed between the electrode foils by chemical oxidative polymerization by leaving it at 85 ° C. for 60 minutes.
次に、このコンデンサ素子を金属ケースに挿入後、この金属ケースの開口部に樹脂加硫ブチルゴムからなる封口部材(ブチルゴムポリマー30部、カーボン20部、無機充填剤50部から構成、封口部材硬度:70IRHD[国際ゴム硬さ単位])を配設した後、金属ケースの開口端をカーリング処理することにより封止し、更に陽極箔、陰極箔から夫々導出された両リードをポリフェニレンサルファイド製の座板に通し、そのリード部を扁平に折り曲げ加工して面実装型の電解コンデンサを作製した。 Next, after the capacitor element is inserted into a metal case, a sealing member made of resin vulcanized butyl rubber (30 parts butyl rubber polymer, 20 parts carbon, 50 parts inorganic filler, sealing member hardness: 70IRHD (international rubber hardness unit)) is disposed, and then the opening end of the metal case is sealed by curling treatment, and both leads led out from the anode foil and the cathode foil are made of polyphenylene sulfide seat plate Then, the lead portion was bent flat to produce a surface mount type electrolytic capacitor.
最後に、直流電圧30Vを1h連続的に印加(雰囲気温度105℃)することによりエージングを行ったが、試験した電解コンデンサの全数(100個)がショートし、正常な電気特性を示すことのできる電解コンデンサを得ることはできなかった。 Finally, aging was performed by applying a DC voltage of 30 V continuously for 1 h (atmosphere temperature 105 ° C.), but the total number (100) of the tested electrolytic capacitors could be short-circuited and exhibit normal electrical characteristics. An electrolytic capacitor could not be obtained.
以上のように作製した本発明の実施例1〜7と比較例1〜5の電解コンデンサについて、その静電容量(測定周波数120Hz)、ESR(測定周波数100kHz)、漏れ電流(定格電圧16V印加後2分値)、エージング処理中のショート発生(不良)数および125℃の温度雰囲気下で500hの定格電圧16V印加試験を行った後のESRおよび漏れ電流を比較した結果を(表1)に示す。なお、試験個数はいずれも100個であり、静電容量、ESR、漏れ電流および定格電圧印加試験を行った後のESRおよび漏れ電流値は、ショート品を除いたサンプルについての平均値で示した。 About the electrolytic capacitors of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 5 of the present invention produced as described above, the capacitance (measurement frequency 120 Hz), ESR (measurement frequency 100 kHz), leakage current (after applying the rated voltage 16V) (Table 1) shows the results of comparing the ESR and leakage current after performing a 500-h rated voltage 16V application test in a temperature atmosphere of 125 ° C. . Note that the number of tests was 100, and the ESR and leakage current values after the capacitance, ESR, leakage current, and rated voltage application tests were shown as average values for samples excluding short-circuited products. .
(表1)より明らかなように、本発明の実施例1〜6の電解コンデンサは、セパレータ基材の表面を気相重合したモノマーにより形成される導電性高分子(セパレータの導電率:1.2〜3.0S/cm)で被覆しているため、比較例4で示した導電性高分子を被覆しないセパレータを使用した場合(駆動用電解液の導電率:5mS/cm)と比較して、電極間の抵抗値を低くすることができるので、高周波領域でのESRをより低くすることができる。 As is clear from Table 1, the electrolytic capacitors of Examples 1 to 6 of the present invention are conductive polymers (separator conductivity: 1. 2 to 3.0 S / cm), compared with the case where the separator not coated with the conductive polymer shown in Comparative Example 4 is used (conductivity of the driving electrolyte: 5 mS / cm). Since the resistance value between the electrodes can be lowered, the ESR in the high frequency region can be further lowered.
また、比較例1で示した遷移金属の鉄塩系酸化剤を用いて導電性高分子を被覆したセパレータE(鉄の残留:320ppm)を用いた場合と比較して、駆動用電解液との共存雰囲気下においても、遷移金属の溶解−析出に伴う漏れ電流の増大やエージング中のショートなどの不具合も少なく、その結果、耐電圧が高く、漏れ電流の安定性に優れる電解コンデンサを得ることができる。 Compared with the case where separator E (residual iron: 320 ppm) coated with a conductive polymer using an iron salt-based oxidizing agent of transition metal shown in Comparative Example 1 is used, Even in a coexisting atmosphere, there are few problems such as an increase in leakage current due to dissolution and precipitation of transition metals and shorting during aging, and as a result, an electrolytic capacitor having a high withstand voltage and excellent leakage current stability can be obtained. it can.
また、比較例2で示した無機酸である過硫酸アンモニウムおよび硫酸をドーパント成分として用いて導電性高分子を被覆したセパレータF(無機酸のみがドーピング)を用いた場合と比較して、脱ドープ反応による導電性高分子の導電率の低下が生じにくくなるため、125℃で500h試験後のESRの変化率も少なく、面実装型の電解コンデンサとして信頼性も高い。 Compared with the case of using separator F (only inorganic acid is doped) coated with a conductive polymer using ammonium persulfate and sulfuric acid, which are inorganic acids, as dopant components, shown in Comparative Example 2, the dedoping reaction is performed. Therefore, it is difficult to cause a decrease in the conductivity of the conductive polymer due to, so that the rate of change of ESR after a 500 h test at 125 ° C. is small, and the surface mount type electrolytic capacitor is highly reliable.
この比較例2と実施例1のセパレータF、A2の単体を用いて、窒素雰囲気中125℃100hの熱処理を施したときの導電率の低下率を測定したところ、比較例2のセパレータFは脱ドープの影響により初期の導電率に対して−60%であったが、実施例1のセパレータA2は脱ドープが生じにくいために導電率の低下率は−5%でしかなく、耐熱性の高い導電性高分子であることが確認された。 Using the separators F and A2 of Comparative Example 2 and Example 1 alone, the rate of decrease in conductivity when subjected to a heat treatment at 125 ° C. for 100 hours in a nitrogen atmosphere was measured. As a result, the separator F of Comparative Example 2 was removed. Although it was -60% with respect to the initial conductivity due to the influence of the doping, since the separator A2 of Example 1 is less likely to be undoped, the decrease rate of the conductivity is only -5%, and the heat resistance is high. It was confirmed to be a conductive polymer.
また、本発明の実施例1〜6の電解コンデンサは、導電性高分子で被覆するセパレータの基材にポリエチレンテレフタレートおよび芳香族ポリアミドの不織布を用いて、導電性高分子であるポリピロールやポリ3,4−エチレンジオキシチオフェン等を化学酸化重合によりその繊維上に強く密着・接着させることができるので、比較例3で示したマニラ麻繊維100%のものを使用した場合(セパレータの導電率:0.12S/cm)と比較して、電極間の抵抗値を低くすることができるので、高周波領域でのESRをより低くすることができる上、セパレータ基材と導電性高分子間の剥離などの不具合も生じにくくなり、その結果120℃500h試験後のESRの変化率も少なく、面実装型の電解コンデンサとして信頼性も高い。 In addition, the electrolytic capacitors of Examples 1 to 6 of the present invention are made of polypyrrole or poly3, which is a conductive polymer, using polyethylene terephthalate and an aromatic polyamide non-woven fabric as a separator base material coated with a conductive polymer. Since 4-ethylenedioxythiophene or the like can be strongly adhered and adhered onto the fiber by chemical oxidative polymerization, when the 100% Manila hemp fiber shown in Comparative Example 3 is used (separator conductivity: 0. 0). 12S / cm), the resistance value between the electrodes can be lowered, so that the ESR in the high frequency region can be further lowered, and the problem such as separation between the separator substrate and the conductive polymer is caused. As a result, the rate of change in ESR after a test at 120 ° C. for 500 hours is small, and the surface mount type electrolytic capacitor is highly reliable.
また、本発明の実施例1〜6の電解コンデンサは、セパレータの表面を化学酸化重合により形成した導電性高分子で被覆し、かつ駆動用電解液を含有しているため誘電体酸化皮膜の修復性に優れるため、比較例5で示した誘電体酸化皮膜の修復性に乏しい導電性高分子のみを用いた場合と比較して、耐電圧不足による漏れ電流の増大やエージング中のショートなどの不具合も少なく、その結果、耐電圧が高く、漏れ電流の安定性に優れる電解コンデンサを構成することができる。 In addition, the electrolytic capacitors of Examples 1 to 6 of the present invention cover the surface of the separator with a conductive polymer formed by chemical oxidative polymerization and contain a driving electrolytic solution, so that the dielectric oxide film is repaired. Compared to the case of using only a conductive polymer with poor repairability of the dielectric oxide film shown in Comparative Example 5 due to its excellent property, there are problems such as an increase in leakage current due to insufficient withstand voltage and a short circuit during aging. As a result, an electrolytic capacitor having a high withstand voltage and excellent leakage current stability can be formed.
また、セパレータの基材を被覆する導電性高分子にポリ3,4−エチレンジオキシチオフェンを用いる(実施例7)と、導電性高分子自身の酸化劣化による高分子鎖の切断に伴う導電率の低下も少ないため、リフロー処理や高温試験後の高周波領域でのESR変化がより少なくなるように改善され、面実装型の電解コンデンサとして信頼性も一層高い。 In addition, when poly 3,4-ethylenedioxythiophene is used as the conductive polymer covering the base material of the separator (Example 7), the conductivity associated with the breakage of the polymer chain due to oxidative degradation of the conductive polymer itself. Therefore, the ESR change in the high frequency region after the reflow treatment and the high temperature test is further reduced, and the reliability of the surface mount type electrolytic capacitor is further improved.
なお、上記セパレータの基材を、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、ポリフェニレンサルファイド、ナイロン、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、レーヨン、ガラス質の群より選ばれる少なくとも1種以上を含有する不織布とする構成により、ポリピロール、ポリ3,4−エチレンジオキシチオフェンといった化学重合性の導電性高分子からなる固体電解質と、上記不織布のセパレータの基材との密着性・接着性が極めて良く、高周波領域でのESRをより低くすることができるものである。 The base material of the separator contains at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, nylon, aromatic polyamide, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, rayon, and vitreous. Due to the configuration of the non-woven fabric, the adhesion and adhesion between the solid electrolyte made of a chemically polymerizable conductive polymer such as polypyrrole and poly3,4-ethylenedioxythiophene and the base material of the non-woven fabric separator are very good. The ESR in the high frequency region can be further reduced.
また、上記不織布のセパレータの基材は、その他の合成樹脂材料より作製した不織布と異なり、シート化の際に繊維間を接着するための接着剤を用いることなく熱接着法や機械的交絡法によりシート化することができる上、その融点も高いので、250℃を超える半田付け実装条件下においても、樹脂の熱収縮によるセパレータ繊維の切断やESRの増大が生じにくく、半田耐熱性に優れた低ESRの電解コンデンサが得られるものである。 Moreover, the base material of the nonwoven fabric separator is different from the nonwoven fabric made from other synthetic resin materials by the thermal bonding method or mechanical entanglement method without using an adhesive for bonding fibers between the sheets. Since it can be made into a sheet and has a high melting point, even under soldering mounting conditions exceeding 250 ° C., it is difficult for the separator fiber to be cut or ESR increased due to thermal shrinkage of the resin, and it has low solder heat resistance. An electrolytic capacitor of ESR can be obtained.
また、この不織布の中でも、スパンボンド法や湿式抄紙法により得られた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、ナイロン、芳香族ポリアミド、ポリイミド、およびポリアミドイミドを含有する不織布は、乾式メルトブロー法により得られた不織布と比較して引っ張り強度が強いため、同じ厚み、同じ秤量で比較した場合、コンデンサ素子の巻回時によるセパレータ切れの頻度が少なくなり、ショート発生率も低減するので好ましい。 Among these nonwoven fabrics, nonwoven fabrics containing polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, nylon, aromatic polyamide, polyimide, and polyamideimide obtained by the spunbond method or wet papermaking method are nonwoven fabrics obtained by the dry meltblowing method. Since the tensile strength is higher than that of the capacitor, the comparison with the same thickness and the same weight is preferable because the frequency of the separator breakage due to the winding of the capacitor element is reduced and the occurrence rate of the short circuit is reduced.
また、上記不織布のセパレータの基材の厚みとしては100μm以下のものが好ましく、かつ秤量は10〜60g/m2の範囲が好ましい。この範囲にすることにより、コンデンサ素子の巻回時にセパレータ切れに耐えるだけの引っ張り強度が確保できるので、直径の小さいコンデンサ素子でも単位体積当たりの容量が大きく、かつ陽極箔と陰極箔との間の抵抗が小さくなり、高周波領域でのESRの低い電解コンデンサを得ることができる。 The thickness of the base material of the nonwoven fabric separator is preferably 100 μm or less, and the weight is preferably in the range of 10 to 60 g / m 2 . By setting this range, it is possible to secure a tensile strength sufficient to withstand the breakage of the separator when the capacitor element is wound. Therefore, even a capacitor element having a small diameter has a large capacity per unit volume and a gap between the anode foil and the cathode foil. An electrolytic capacitor with low resistance and low ESR in a high frequency region can be obtained.
なお、セパレータの基材の秤量が10g/m2未満では巻回時のセパレータ切れが多発するので好ましくなく、秤量が60g/m2を超えると高周波領域のESRが高くなるので好ましくない。 If the weight of the separator substrate is less than 10 g / m 2, it is not preferable because the separator breaks frequently during winding, and if the weight exceeds 60 g / m 2 , the ESR in the high frequency region increases, which is not preferable.
また、セパレータの基材は化学酸化重合による導電性高分子を構成する際の溶液への浸漬処理を施すことにより繊維どうしの交絡が緩み、その結果、処理後のセパレータの厚みは当初の基材厚みより厚くなることが多いので、好ましくはその厚み増加分を予め考慮し、70μm以下のものが好ましい。 In addition, the separator substrate is subjected to a dipping treatment in a solution when the conductive polymer is formed by chemical oxidative polymerization, so that the entanglement between the fibers is loosened. Since it is often thicker than the thickness, it is preferable that the thickness increase is 70 μm or less in consideration of the thickness increase.
また、上記不織布のセパレータの基材と、マニラ麻やクラフト繊維などのいわゆるセルロース繊維とを混抄した不織布を用いることもできるが、その際には、セルロース繊維の含有率が80%以下であることが望ましい。セルロース繊維の含有率が80%を超えると密着性・接着性効果が十分に得られなくなり、高周波領域でのESRが悪化する。 In addition, a nonwoven fabric obtained by mixing the base material of the nonwoven fabric separator and so-called cellulose fibers such as manila hemp and kraft fibers can also be used. In this case, the cellulose fiber content is 80% or less. desirable. When the content of the cellulose fiber exceeds 80%, the adhesiveness / adhesive effect cannot be sufficiently obtained, and the ESR in the high frequency region is deteriorated.
また、セパレータ基材の表面層の導電率を内層よりも小さくする表面処理として、200〜250℃の範囲で熱処理することにより、セパレータ表面層の導電性高分子を酸化劣化させ、セパレータ表面層の導電率が内層よりも小さくなってセパレータ表面層の耐電圧が高くなるため、耐電圧が高く、かつ、セパレータ内層の導電率が高いために低ESRの電解コンデンサを得ることができるものである。 In addition, as a surface treatment for making the conductivity of the surface layer of the separator base material smaller than that of the inner layer, the conductive polymer of the separator surface layer is oxidized and deteriorated by heat treatment in the range of 200 to 250 ° C. Since the electric conductivity is smaller than that of the inner layer and the withstand voltage of the separator surface layer is increased, the withstand voltage is high, and the electric conductivity of the inner layer of the separator is high, so that a low ESR electrolytic capacitor can be obtained.
なお、上記熱処理温度は、200℃より低いと酸素劣化が遅くなり、また、250℃を超えるとセパレータ表面層のみでなく、セパレータ内層まで導電率の低下が起こるため、200〜250℃の範囲が好ましい。 When the heat treatment temperature is lower than 200 ° C., oxygen deterioration is delayed, and when it exceeds 250 ° C., the conductivity decreases not only to the separator surface layer but also to the inner layer of the separator. preferable.
また、上記表面処理として、pH=8以上の溶液に浸漬することにより、アルカリ液中で導電性高分子からの脱ドープが起こり、セパレータ表面層の導電率が内層よりも小さくなってセパレータ表面層の耐電圧が高くなるため、耐電圧が高く、かつ、セパレータ内層の導電率が高いため低ESRの電解コンデンサを得ることができるものである。 Further, as the surface treatment, by immersing in a solution having pH = 8 or more, de-doping from the conductive polymer occurs in the alkaline liquid, and the conductivity of the separator surface layer becomes smaller than that of the inner layer, so that the separator surface layer Since the withstand voltage is high, the withstand voltage is high, and the conductivity of the inner layer of the separator is high, so that a low ESR electrolytic capacitor can be obtained.
なお、上記溶液のpHは、8以下では中性領域に近づくために脱ドープが起こりにくく、また、pH=14では強アルカリ性溶液のため、セパレータ表面層のみでなく、セパレータ内層の脱ドープが起こるため、pH=9〜13が好ましい。 When the pH of the above solution is 8 or less, de-doping hardly occurs because it approaches the neutral region, and at pH = 14, not only the separator surface layer but also the inner layer of the separator occurs because of the strong alkaline solution. Therefore, pH = 9-13 is preferable.
また、導電性セパレータを形成する工程において、セパレータ基材に付着させる酸化剤の量を、セパレータの単位面積当たり20mg/cm2以下にすることにより、化学酸化重合の際に余剰の酸化剤が残存することがなく、ドーパントとして機能する過硫酸イオンが容易に脱ドープして駆動用電解液に溶出したり、脱ドープにより導電性高分子の導電性が著しく低下するということがなく、耐電圧が高く、漏れ電流の安定性に優れ、高周波領域でのESRが安定した耐熱性の高い電解コンデンサを得ることができるものである。 Further, in the step of forming the conductive separator, the amount of the oxidizing agent attached to the separator substrate is set to 20 mg / cm 2 or less per unit area of the separator, so that excess oxidizing agent remains during the chemical oxidative polymerization. The persulfate ion functioning as a dopant is not easily dedoped and eluted into the driving electrolyte, and the conductivity of the conductive polymer is not significantly reduced by dedoping. It is possible to obtain an electrolytic capacitor having high heat resistance, high leakage current stability and stable ESR in a high frequency region.
また、セパレータ基材に付着させる酸化剤の量をローラを用いてその圧力によりコントロールすることにより、セパレータ基材に付着させる酸化剤の量を一定に保つことができ、これにより、セパレータの長さ方向に対して安定した電導度を得ることができ、また、ドーパントとして機能する過硫酸イオンが容易に脱ドープして駆動用電解液に溶出したり、脱ドープにより導電性高分子の導電性が著しく低下するということがなく、耐電圧が高く、漏れ電流の安定性に優れ、高周波領域でのESRが安定した耐熱性の高い電解コンデンサを得ることができるものである。 Also, by controlling the amount of the oxidant attached to the separator base material by using a roller, the amount of the oxidant attached to the separator base material can be kept constant. Stable conductivity with respect to the direction can be obtained, and persulfate ions functioning as a dopant can be easily dedoped and eluted into the driving electrolyte, or the conductivity of the conductive polymer can be reduced by dedoping. It is possible to obtain an electrolytic capacitor having a high heat resistance that has a high withstand voltage, an excellent leakage current stability, and a stable ESR in a high frequency region without being significantly reduced.
また、気相重合を行う雰囲気温度が低すぎると導電性高分子のモノマーが蒸気になることができず、また、温度が50℃を超えると、酸化剤溶液を付着させたセパレータを導電性高分子のモノマーの蒸気に晒した際に酸化剤溶液が乾燥してしまい、安定した電導度を得ることができなくなるため、雰囲気温度を0〜50℃の範囲にすることにより、安定したセパレータ電導度を得ることができるものである。 Also, if the atmospheric temperature for vapor phase polymerization is too low, the conductive polymer monomer cannot be vaporized, and if the temperature exceeds 50 ° C., the separator to which the oxidant solution is attached is made highly conductive. When exposed to molecular monomer vapors, the oxidant solution dries out, making it impossible to obtain a stable conductivity. By setting the ambient temperature in the range of 0 to 50 ° C., a stable separator conductivity can be obtained. Can be obtained.
また、上記気相重合を行う時間が1分以下であると反応が十分に終了しないために安定した電導度を得ることができないが、時間を1分以上とすることにより安定したセパレータ電導度を得ることができるものである。 In addition, if the time for performing the above gas phase polymerization is 1 minute or less, the reaction is not sufficiently completed and stable conductivity cannot be obtained. However, by setting the time to 1 minute or more, stable separator conductivity can be obtained. It can be obtained.
また、上記導電性セパレータを形成する工程において、気相重合をモノマー溶液を揮発させた蒸気により行うことにより、酸化剤溶液を付着させたセパレータがモノマー溶液に接触することがないためにモノマー溶液中に酸化剤溶液が混入することがなく、安定したセパレータ電導度を得ることができるものである。 Further, in the step of forming the conductive separator, vapor phase polymerization is performed with vapor obtained by volatilizing the monomer solution, so that the separator to which the oxidant solution is attached does not come into contact with the monomer solution. Thus, a stable separator conductivity can be obtained without mixing the oxidant solution.
また、上記気相重合する際の酸化剤を浸漬したセパレータ基材とモノマー溶液の液面との距離が0.5cm以下であるとセパレータがモノマー溶液に接触してしまい、また、10cm以上であると導電性高分子のモノマー蒸気濃度が低いために高い電導度を得ることができないため、酸化剤を浸漬したセパレータ基材とモノマー溶液の液面との距離を0.5〜10cmの範囲とすることにより、安定したセパレータ電導度を得ることができるものである。 Further, when the distance between the separator substrate immersed in the oxidizing agent in the gas phase polymerization and the liquid surface of the monomer solution is 0.5 cm or less, the separator comes into contact with the monomer solution, and is 10 cm or more. Since the high electrical conductivity cannot be obtained because the monomer vapor concentration of the conductive polymer is low, the distance between the separator substrate immersed in the oxidizing agent and the liquid level of the monomer solution is set to a range of 0.5 to 10 cm. Thus, a stable separator conductivity can be obtained.
また、上記導電性セパレータを形成する工程において、気相重合後の洗浄を水洗および/またはアルコール洗浄することにより気相重合の際の余剰の酸化剤を除去することができ、これにより、化学酸化重合の際に余剰の酸化剤が残存することがなく、ドーパントとして機能する過硫酸イオンが容易に脱ドープして駆動用電解液に溶出したり、脱ドープにより導電性高分子の導電性が著しく低下するということがなく、耐電圧が高く、漏れ電流の安定性に優れ、高周波領域でのESRが安定した耐熱性の高い電解コンデンサを得ることができるものである。 Further, in the step of forming the conductive separator, excess oxidant in the gas phase polymerization can be removed by washing with water and / or alcohol after the gas phase polymerization. There is no surplus oxidant remaining during the polymerization, and the persulfate ion functioning as a dopant is easily dedoped and eluted into the driving electrolyte, or the conductivity of the conductive polymer is remarkably reduced by dedoping. It is possible to obtain an electrolytic capacitor having high heat resistance, high withstand voltage, excellent leakage current stability and stable ESR in a high frequency region without being reduced.
なお、上記洗浄時間が30秒以下であると余剰の酸化剤を除去することができず、また、洗浄時間が1時間以上では十分な洗浄ができているため、それ以上の洗浄は必要なく、洗浄時間を30秒〜1時間の範囲とすることにより、化学酸化重合の際に余剰の酸化剤が残存することがなく、ドーパントとして機能する過硫酸イオンが容易に脱ドープして駆動用電解液に溶出したり、脱ドープにより導電性高分子の導電性が著しく低下するということがなく、耐電圧が高く、漏れ電流の安定性に優れ、高周波領域でのESRが安定した耐熱性の高い電解コンデンサを得ることができるものである。 The excess oxidant cannot be removed when the cleaning time is 30 seconds or less, and sufficient cleaning is possible when the cleaning time is 1 hour or longer, so no further cleaning is necessary. By setting the cleaning time in the range of 30 seconds to 1 hour, excess oxidant does not remain during the chemical oxidative polymerization, and the persulfate ion functioning as a dopant can be easily dedoped to drive electrolyte. And high conductivity with high withstand voltage, excellent leakage current stability, stable ESR in high frequency region A capacitor can be obtained.
また、上記洗浄の際の温度が10℃以下であると、溶け出す余剰の酸化剤の量が少なくなるために余剰の酸化剤を除去することができず、また、洗浄温度が80℃以上であると、温度が高いために洗浄液の蒸発が多くなって洗浄ができないという不具合を有するため、洗浄の温度を10〜80℃の範囲とすることにより、化学酸化重合の際に余剰の酸化剤が残存することがなく、ドーパントとして機能する過硫酸イオンが容易に脱ドープして駆動用電解液に溶出したり、脱ドープにより導電性高分子の導電性が著しく低下するということがなく、耐電圧が高く、漏れ電流の安定性に優れ、高周波領域でのESRが安定した耐熱性の高い電解コンデンサを得ることができるものである。 Further, if the temperature at the time of washing is 10 ° C. or less, the amount of excess oxidant that dissolves is reduced, so that the excess oxidant cannot be removed, and the washing temperature is 80 ° C. or more. In some cases, since the temperature is high, the evaporation of the cleaning liquid increases and cleaning cannot be performed. Therefore, by setting the cleaning temperature in the range of 10 to 80 ° C., excess oxidant is generated during the chemical oxidative polymerization. The persulfate ion that functions as a dopant is not easily dedoped and eluted into the driving electrolyte, and the conductivity of the conductive polymer is not significantly reduced by dedoping. Therefore, it is possible to obtain an electrolytic capacitor having high heat resistance, excellent leakage current stability, stable ESR in a high frequency region, and high heat resistance.
なお、上記実施の形態においては、セパレータ基材の表面層の導電率を内層よりも小さくする表面処理を行うことによりセパレータの表面層の耐電圧を高めるようにした構成ならびに製造方法を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、セパレータ基材の表面に高抵抗材料を塗布、あるいは被覆したり、また、セパレータ基材が有する導電率よりも小さい導電率の材料をセパレータ基材に積層する構成でも同様の効果が得られるものである。 In the above embodiment, the structure and the manufacturing method in which the withstand voltage of the surface layer of the separator is increased by performing a surface treatment that makes the conductivity of the surface layer of the separator substrate smaller than that of the inner layer are taken as an example. Although described, the present invention is not limited to this, and a high resistance material is applied to or coated on the surface of the separator substrate, or a material having a conductivity smaller than that of the separator substrate is used. The same effect can be obtained even in a configuration in which the separator is laminated.
本発明による電解コンデンサ及びその製造方法は、導電性セパレータの表面層の導電率を内層よりも小さくしたことによってセパレータ表面層の耐電圧が高くなり、耐電圧が高く、漏れ電流の安定性に優れ、高周波領域でのESRが安定した耐熱性の高い電解コンデンサを得ることができるという格別の効果を有し、高周波領域において優れたESR特性が要求される分野の用途に最適なものである。 The electrolytic capacitor according to the present invention and the manufacturing method thereof have a higher withstand voltage of the separator surface layer by making the conductivity of the surface layer of the conductive separator smaller than that of the inner layer, have a high withstand voltage, and have excellent leakage current stability. It has an exceptional effect that an electrolytic capacitor having a stable ESR in a high frequency region and having a high heat resistance can be obtained, and is optimal for use in a field where excellent ESR characteristics are required in the high frequency region.
1 陽極箔
2 陰極箔
3 セパレータ
4 陽極リード
5 陰極リード
6 封口部材
7 金属ケース
8 座板
9 コンデンサ素子
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