JPS6199322A

JPS6199322A - 高電圧アルミニウム電解キヤパシタ

Info

Publication number: JPS6199322A
Application number: JP60231455A
Authority: JP
Inventors: マヌエル・フインケルスタイン; シドニイ・デヴイツト・ロース
Original assignee: Sprague Electric Co
Current assignee: Sprague Electric Co
Priority date: 1984-10-19
Filing date: 1985-10-18
Publication date: 1986-05-17
Anticipated expiration: 2010-03-08
Also published as: GB8522176D0; JPH0722081B2; GB2165994B; CA1219923A; US4580194A; GB2165994A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、アノーＰ箔が含水酸化アルミニウムの層と、
・々リヤ層の誘電性酸化物の層との両者を支持し、かっ
減極剤５重量％以下及び最大陽極酸化電圧を所望のレベ
ルに回復するために十分な可溶性の燐酸塩を含有する電
解質と接触したアルミニウム電解キヤ・ぞシタに関する
。

従来の技術アルミニウム電解キャパシタ用の動作電解質における添
加燐酸塩の役割は完全には知られていない。燐酸イオン
が有効にアルミニウムの水和を抑制することは公知であ
る。このことは動作電解質に対して一般に燐酸二水素ア
ンモニウム（ＡＤＰ）として燐酸イオンを少量加えるこ
との基礎となっている。この少量の添加はカンード箔の
延長された不動態化を保証しかつカン−１箔を水和から
保護するために役立つ。水和反応は多量の水素ガス発生
によって達成される；このガス発生の効果は屡々キャパ
シタ故障の原因となる。このガス発生を阻止するために
は、水素が発生した際に、該水素と反応し、それにより
水素が蓄積しかつキャパシタ故障を阻止するために有効
な減極剤を添加することが望・ましい。

しかしながら、電解コンデンサの問題点は、キャパシタ
の動作電圧が増大しかつキヤ・ぐシタ１　　　の物理的
寸法が減少するに伴い、著しく増大する。キャノξシタ
ンス及び動作電圧が高（なると、陽極酸化物内に欠陥及
び不純物付着の生じる確率が高くなり、これらは高い漏
れ電流を惹起し、ひいてはカソードでの水素ガスを一層
発生させる。このガス発生は屡々まずキヤ・ぐシタケー
シングのふ（れをかつ場合によりアセンブリの破壊及び
場合によりキャノξシタの故障を惹起する。

電解液に添加される減適剤の量は、特に高電圧キャノξ
シタ（２００Ｖ以上）においては、前記の付加的水素発
生を抑制するために５％まで増加される。しかしながら
、減極剤の濃度がより高くなると、不利にも電解液の電
圧可能出力は、電解液がこのような高電圧動作のために
はもはや不適当である点まで低下する。

電解キャパシタに対するサービス要求は高い動作電圧、
高いキヤ・ｑシタンス及び小さい物理的寸法に関しての
み一層厳しくなっているだけでな（、温度要求も高まっ
ている。今日では、キャパシタは過去の一般的な６５〜
８５℃よりもむしろ１２５℃、さらには１５０　’Ｃで
動作することが所望される。このような高い温度では、
燐酸イオン濃度の先行技術のレベルは不適当であると見
なされている。従って、燐酸塩濃度を高めることが望ま
れる、それというのも特に燐酸塩はまた陽極上の酸化物
層を安定化するためにも役立つという事実が一層立証さ
れているからである。この安定化は低い漏れ電流によっ
て明らかであるが、このことが達成される機構は未だ解
明されていない。

従って、これらの電解液の電圧容量を犠牲にすることな
く、高電圧供給（２００Ｖ以上）のために特定された電
解液中の減極剤と燐酸塩の両者の濃度を高めることが望
ましい。この目的が、本発明が解決しようとする問題点
である。

問題点を解決するための手段本発明の特徴は、高電圧容量を犠牲にすることなく、電
解液中の燐酸塩及び減極剤添加物の濃度を５％まで高め
ることにある。このことＪマ、キヤ、５シタ内で使用さ
れるアノード箔がバリア層誘電性酸化物の他に含水酸化
物の層を支持することにより達成可能であることが判明
した。

電解キャノξシタ用のアノード箔を製造するためには２
つの基本的方法がある。その第１の基本的形成法は、形
成電解液中の溶質として燐酸二水素アンモニウム及び／
又はアノピン酸ノアンモニウムを使用する。この処置は
含水酸化アルミニウムの被覆を有しない陽極箔を生成す
る。

以下には゛ブーイン箔“と記載する結果は、プ＋７．ｙ
イルを受は入れずかつ含水酸化物層を有しない上記タイ
プの箔に対する動作電解液の反応に類似する。このタイ
プの箔は低電圧、例えばＯ〜１００Ｖ用キャノξシタの
ために使用される。

第２の再本的形成法では、箔をまず沸騰塔中で沸騰水で
処理して、該箔を含水酸化物で被覆し、引続き硼酸溶液
中で陽極酸化する。この複雑な方法は安定化又は“減極
゛を行なうために付加的な沸騰浴処理を包含し、その後
１００Ｖ以上、一般に２００Ｖ以上のキャパシタ用の安
定な高電圧膜を形成するために二次形成が行なわれる。

この煩雑な先行技術的方法は、エネルギを倹約しかつ高
電圧への陽極酸化の利点を有する。

含水酸化物は直列抵抗（ＥＳＲ）を等しくするために役
立ち、かつ若干の適用のためには、この含水層を最少に
するか又は全く排除する努力がなされた。この目的を達
成するための１つの方法は、クロム酸と燐酸の混合物中
で陽極酸化した箔を剥離し、次いで再形成することによ
り成る〔アルビット（Ａｌｗｉｔｔ　）　　による１９
７３年５月１５日発行の米国特許第３，７３３，２９１
号明細書゛〕。

凝集性の水性酸化物層は、たとえこれが僅かに高いＥＳ
Ｒをもたらすとしても、本発明で使用する、かつ以下に
示す“ｆイルド箔“を用いた結果は、高電圧キャパシタ
における上記タイプの箔に対する動作電解液の応答に相
当する。

本発明によれば、十分な量の可溶性燐酸塩が存在しかつ
陽極箔がその表面上に含水酸化物層を支持しているとい
う条件付で、高電圧電解液に対して実質的にその電圧容
量に影響を及ぼすことなく、３〜５％のレベルで減極剤
を添加することができる。

実施例次に図示の実施例につき本発明の詳細な説叫する。

一般に、本発明の電解液は高電圧電解液、例えばグリコ
ール−硼酸塩、ドデカンノオエート、アジペート等であ
ってよく、これには減極剤５％まで及び電解質の電圧容
量を回復するために十分な燐酸塩、一般には５％までが
加えられる。

付加的に、該キャパシタのアノード箔は、・２リヤ一層
の陽極酸化物の他に水性酸化物を担持すべきである。こ
れらの存在すべき３種類の材料に対する必要条件を以下
の実施例に示す。

電解キャパシタ区分１０は、間挿されたスペーサ材料１
２．１４と一緒に巻付けられる、含水酸化物の層を担持
していてもよい陽極酸化したアルミニウム箔と、誘電性
酸化物層を担持していてもよいアルミニウム箔カソード
１３とを有する。アノード箔１１には電極タブ１５がか
つカッーＦ箔１３にはタブ１６が取付けられて〜・る。

タブ１５及び１６は第１図に示すように区分の同じ側か
ら又は第２図に示すように反対側から突出していてもよ
い。

第２図では、区分１０はケーシング２５、有−利にはア
ルミニウムカン内に配置されている。

カソードタブ１６は溶接部２２によってカン２５の底の
内側に結合されている。アノーＰタブ１５は金属端子イ
ンサート１８の底１７に有利には溶接によって結合され
ている。インサート１８は可塑性又は弾性絶縁ガスケッ
ト又は栓１９を貫通している。外部陽極リード線は溶接
部２０を介してインサート１８の外部上面に取付けられ
ている。同時に、外部カソードリード線２４は溶接部２
３を介してカン２５の外部底面に取付けられている。キ
ヤ・にシタ区分１０には、本発明の電解質が含浸されて
いる。

実施例１この実施例では、トリエチルアンモニウムドデカンジオ
ニー）２６．５％、エチレンクリコール３５．２％、Ｎ
−メチルピロリジノン３２．５％及び水５％から成る高
電圧電解質に減極剤を加える。この減極剤はｐ−ニトロ
フェノールであり、かつ該電解質の抵抗率は２５℃でΩ
・αでかつ８５℃でのプレーン基（含水酸化物不在）に
おける最大陽極電圧（Ｖｍａｘ　）はゼルトで測定した
。

第　　１　　表減極剤の量　　　　抵　抗　率　　　ＶｍａＸＯ係　　
　　　７３８　　　　４３００．５チ　　　　　７３７　　　　４１５１．０％　　
　　　７５１　　　　３４０５、○チ　　　　　７７８
　　　　２００キヤパシタの寿ネを延長するためには減
極剤３〜５％を添加するのが望ましいが、上記データか
らこのような量は電解質の電圧容量に逆効果である。

以下の実施例に示すが、この容量は電解質に燐酸塩を加
えかつアノード箔上に含水酸化物が存在すれば回復する
ことができる。

例２この実施例では、“ボイルド箔“を前記のように沸騰浴
で箔を前煮沸することにより製造した市販箔の代表物と
して使用した。この実験的に使用した“ゼイルド箔“を
蒸留水と一緒に２分間煮沸し、次いで該箔を含水酸化物
の層で被覆するために陽極処理した。

第２表では、全ての電解質は塩としてトリエチルアンモ
ニウムドデカンジオエート、エチレングリコール及びＮ
−メチルピロリジノン溶剤混合物、水及び減極剤として
ｐ−ニトロ安息香酸（ｐ、ＮＢＡ　）を含有し、該燐酸
塩は燐酸二水素アンモニウム（ＴＥＰ）及び燐酸二水素
）　ＩＪ　−ｎ−プロピルアンモニウム（ＴＰＰ）であ
る。夫々の量は％で示されており、２５℃での抵抗率は
Ω−αでかつ８５℃のＶｍａｘはボイルド箔について示
す。

第　　　２塩　　グリコール　ＮＭＰ　　　水　　ＴＥＰ　　“１
３．１　　　！２．８　　４０．１　　４．０１２．６
　　４１．７　　３８．５　　４．０１２．６　　４１
．３　　３８．７　　４．２１２．６　　４１．２　　
３８．６　　　＋、０　　０．５１２．４　　４０．８
　　３８．２　　４．０　　１．５１２．３　　４０．
７　　３７．６　　３．９　　２．５１２．２　　４０
．３　　３７．２　　３．０　　３．４１２．０　　３
９．４　　３７．０　　３．８　　　！、８１２．５　
　４１．３　　３８．１　　４．０１２．３　　４０．
５　　３７．４　　３．９１２．０　３９．４　　３７
．０　３．８ｒ　ＰＰ　　ＡＤＰ　　ｐＮＢＡ　　０ｃ
ｒｎ　　　Ｖｍａｘ３．２　　　９１４　　２３５０．２　　　３．１　　　９１０　３００３．１　　　
９１９　　３００３．１　　　９１２　　４０５３．１　　　９０７　　４１５３．１　　　９０５　　４１８３．０　　　９０１　　４１３１．０　　　　　　　３．１　　　９３７　３２５２．
９　　　　　　　　３．１　　　９８３　　４２５４．
８　　　　　　　　３．０　　１０２６　　４２５上記
データから、減極剤３．２％を添加すると、電圧容量が
４４８■から２３５ｖに低下することを認識することが
できる。ＡＤＰｏ、２％を添加すると、上記状況を催か
に改善するが、これはＡＤＰの溶解度限界に近い。より
可溶性の燐酸塩を使用すると減極剤の効果が克服される
、従って減極剤３〜３．２％が存在すれば、燐酸塩３．
５％を添加することによりほぼ完全に電圧容量は回復さ
れる。

例３この実施例では、３種類の異なった電解液に減極剤及び
／又は燐酸塩を加えた場合の反応を示す。２５℃の抵抗
率はΩ・儂でかつ８５℃での最大陽極酸化電圧（Ｖｍａ
Ｘ）　　はプレーン及びゼイルド箔の両者について示す
。第ヰの電解液に関・しては、減極剤だけ及び燐酸塩を
一緒にした場合の効果を示す。

基礎電解質は、Ａ）アジピン酸ジ−ｎ−プロピルアンモ
ニウム３２．５％、グリコール６５．１％、水２．４％
、Ｂ）アジピン酸トリーｎ−プロピルアンモニウム１３
．８４％、クリコール３７゜２１％、Ｎ−メチルピロリ
ジノン（ＮＭＰ）４４゜１８％、水牛、７７％、Ｃ））
リエチルアンモニウムドデカンジオエート１３．１％、
グリコール４２、８　％、ＮＭＰ４０．１％、水４．０
％及びＤ）トリエチルアンモニウム−デカンジオニー）
１４．８％、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド８１．５％
、水３．７％から成る。

リ　　　　　　　　　　　　　　　　　　水　　　　　
　組極ＣＬ　　　　　　　　　　ＣＬ　　　　　　　　　　（
ＬＱ−これらの４種類の電解質は３腫の異なった溶媒及
び３種の異なった溶剤系を含有する。結果は一貫して同
等である。全ての場合、燐酸塩だけではプレインにおい
ては著しく電圧容量が低下したが、ゼイルド箔では低下
せず、減極剤だけは両者の箔において低下させたが、徂
し両者５０組合せは電圧容量をぜイルド箔においてはほ
とんどオリシナＩし値に回復したが、プンーン箔では回
復しなかった。

実施例における減極剤はＩ）−二）口安息香酸であった
が、有利にはイオン化可能な、別の減極剤も使用するこ
とができる。このような減極剤の例はオルト−又はメタ
−ニトロ安息香酸、オルト−、メタ−又はパラ−ニトロ
フェノール，２．４−ジ−ニトロ安息香酸及び２．°Φ
−ノニトロフェノールである。燐酸塩濃度の上昇に伴い
、減極剤を５％より多く使用することができるが、但し
燐酸塩が存在する場合でも、減極剤は電圧容量を幾分か
低下させるので、最高５％使用するのが有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は部分的に巻付けたキヤ・８７２区分の斜視図、
第２図は完成したキャ７８シタの縦断面図である。１０・・・キヤ・ぐシタ区分、１１・・・アノード箔、
１２．１４・・・スペーサ材料、１３・・・カソード箔
、１５．１６・・・電極タブ、１７・・・金属端子イン
サートの底、１δ・・・インサート、１９・・・ガスケ
ット又は栓、２０．２３・・・溶接部、２１．２４・・
・リード線

Claims

【特許請求の範囲】１、高電圧アルミニウム電解キャパシタにおいて、巻付
け区分が間挿されたスペーサ材料を有する２つの電極箔
を有し、該箔の一方がその表面上に含水酸化アルミニウ
ムの層及びバリヤ層の誘電性酸化物の層を支持し、該箔
が添加物として減極剤としてイオン化可能なニトロ化合
物５重量％まで及び電解液に対して所望の最大陽極酸化
電圧を回復するために十分な可溶性二水素燐酸塩を含有
する電解液と接触しており、上記燐酸塩が燐酸二水素ア
ンモニウムよりも可溶性であることを特徴とする高電圧
アルミニウム電解キャパシタ。２、ニトロ化合物がオルト−、メタ−、又はパラ−ニト
ロ安息香酸、オルト−、メタ−、又はパラ−ニトロフェ
ノール，２，４−ジニトロ安息香酸、又は２，４−ジニ
トロフェノールである、特許請求の範囲第１項記載のキ
ャパシタ。３、ニトロ化合物３〜５％が存在する、特許請求の範囲
第２項記載のキャパシタ。４、二水素燐酸塩１〜５％が存在する、特許請求の範囲
第１項記載のキャパシタ。５、二水素燐酸塩が燐酸二水素トリエチルアンモニウム
又は−トリ−ｎ−プロピルアンモニウムである、特許請
求の範囲第４項記載のキャパシタ。