CN102714100B

CN102714100B - 电容器

Info

Publication number: CN102714100B
Application number: CN201180006943.XA
Authority: CN
Inventors: 高原范久; 岛本秀树; 广田洁; 椿雄一郎
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2031-03-02
Also published as: CN102714100A; WO2011114632A1; EP2495744A1; EP2495744A4; US20120236469A1; JP5810265B2; JPWO2011114632A1

Abstract

一种电容器，其具有：电容器元件、至少浸渍于电容器元件中的电解液、用于收纳电容器元件和电解液的有底筒状的金属制壳体、以及密封壳体的开口部的封口体。而且，进一步具有设置于与封口体的外表面接触的部分上、并通过使吸附剂分散于树脂中而形成的涂布层，上述吸附剂用于吸附电解液中所含的溶剂。或者，封口体通过使上述的吸附剂分散于橡胶成分中而形成。

Description

电容器

技术领域

本发明涉及一种在各种电子设备、电气设备、产业设备、汽车用设备等所使用的电容器中，特别是使用了电解液的电容器。

背景技术

图8是表示作为使用了电解液的以往的电容器的一个例子的铝电解电容器的构成的剖视图。该电容器具有：电容器元件20、浸渍于电容器元件20中的电解液（未图示）以及收纳它们的金属制壳体21。从电容器元件20引出一对引线22，引线22贯通壳体21的开口部上配设的封口体23的贯通孔23A而引出到外部。封口体23通过壳体21的开口部附近的颈缩加工以及开口端部的卷边加工而被挤压，从而将壳体21的开口部密封。

在壳体21的开口部端面侧配设有绝缘板24。经由封口体23而引出到外部的引线22插通在绝缘板24上设置的贯通孔中，并沿着绝缘板24而弯折。这样，该电容器就能够表面安装在印制电路板上。

为了提高在印制电路板上的安装性，封口体23由过氧化物硫化丁基橡胶形成。过氧化物硫化丁基橡胶的拉伸弹性模量在焊锡处理温度（230℃）以上的温度（250℃）下为4N/mm²以上。因此，即使在往印制电路板上安装时的焊锡回流条件的高温化不断推进，封口体23膨胀的现象也会消失（专利文献1）。

另外，图9是表示以往的另一铝电解电容器的构成的剖视图。在该电容器中，浸渍有电解液的电容器元件20被收纳于由铝形成的壳体21内。而且从电容器元件20导出的引线22贯通丁基橡胶制的封口体23上设置的贯通孔而引出到外部。封口体23设置于壳体21的开口部，通过颈缩加工而被压缩。如上所述地构成了封口结构。

在该铝电解电容器的电容器主体的端面（包括封口体23的上表面以及卷边加工部29）上，形成有聚酰亚胺层30。聚酰亚胺层30是使用分配器将作为聚酰亚胺前体溶液的聚酰胺酸20wt%的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液（非感光性）滴涂后，在125℃下干燥1小时而形成的。

通过如上所述地在电容器主体的端面形成聚酰亚胺层30，来自封口体23的表面的热氧化得到抑制。因此，封口体23能够在150℃以上的高温下经受长时间使用，可以大幅抑制电解液的减少。其结果是，能够抑制电容器的电特性的下降（专利文献2）。

但是，在高温环境下使用上述以往的铝电解电容器时，电解液中所含的溶剂成分气化，该气化的溶剂成分在封口体23中扩散并透过，排出到外部。因此，电解液变得不能发挥功能，从而电容器特性下降。以下，将这样的课题称作干涸。

为了减少干涸，使用溶剂气体透过性较低的丁基橡胶作为封口体23的材料。但是，即使使用丁基橡胶作为封口体23，壳体21内产生的溶剂气体也会以某一定的比例透过封口体23而排出到外部（大气中）。因此，在高温环境下长时间使用时，干涸的发生不可避免。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9－275045号公报

专利文献2：日本特开2009－88277号公报

发明内容

本发明涉及一种通过抑制封口体的溶剂气体透过而抑制干涸，从而能够发挥稳定的性能的电容器。

本发明的电容器具有：电容器元件、至少浸渍于电容器元件中的电解液、收纳电容器元件和电解液的有底筒状的金属制壳体、以及密封壳体的开口部的封口体。而且，进一步具有设置于与封口体的外表面接触的部分上、并通过使吸附剂分散于树脂中而形成的涂布层，所述吸附剂用于吸附电解液中所含的溶剂。或者，封口体通过使上述的吸附剂分散于橡胶成分中而形成。

干涸被认为是由于以下原因而产生的：因为溶剂气体的浓度在封口体的壳体内部侧和与空气接触的外部侧有差异，所以溶剂气体从高浓度侧的壳体内部向低浓度侧的外部透过，因而发生了干涸。与此相对照，在本发明的电容器中，在涂布层或封口体自身中分散有用于吸附溶剂气体的吸附剂。无论是哪种构成，涂布层或封口体都会吸附壳体内部产生的溶剂气体。因此，在封口体的金属壳体内部侧和外部侧，溶剂气体浓度之差减少，由此可以抑制封口体的溶剂气体透过，从而能够抑制干涸。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的电容器的构成的剖视图。

图2是图1所示的电容器上设置的涂布层的示意放大剖视图。

图3是将图1所示的电容器的电解液重量残存率与比较例比较而表示的特性图。

图4是表示本发明的实施方式2的电容器的构成的剖视图。

图5是图4所示的电容器中使用的封口体的示意剖视图。

图6是图4所示的电容器中使用的另一个封口体的示意剖视图。

图7是将图4所示的电容器的电解液重量残存率与比较例比较而表示的特性图。

图8是表示以往的铝电解电容器的构成的剖视图。

图9是表示以往的另一个铝电解电容器的构成的剖视图。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的实施方式进行说明。此外，在实施方式2中，与实施方式1相同的构成标注相同的符号而进行说明，有时省略详细的说明。此外，本发明不受各实施方式的限定。

（实施方式1）

图1是表示本发明的实施方式1的电容器的构成的剖视图，图2是该电容器上设置的涂布层的示意放大剖视图。该电容器具有：电容器元件1、至少浸渍于电容器元件1中的电解液4、有底筒状的金属制壳体5、封口体6以及涂布层7。

电容器元件1是通过将未图示的阳极箔和阴极箔隔着由纤维素构成的隔膜卷绕而构成的。阳极箔是通过对铝箔实施侵蚀处理，使表面粗面化后采用阳极氧化处理形成电介质氧化膜而制作的。阴极箔是通过对铝箔实施侵蚀处理，使表面粗面化而制作的。阳极引线2与阳极箔连接，阴极引线3与阴极箔连接。阳极引线2和阴极引线3从电容器元件1引出。

如上所述构成的电容器元件1在浸渍了电解液4后收纳于有底圆筒状的铝制的金属制壳体5内。

封口体6将壳体5的开口部密封。在封口体6上形成有阳极引线2和阴极引线3可插通的孔。将封口体6配置于壳体5的开口部后，将壳体5的外周向内侧进行颈缩加工，同时将壳体5的开口端进行卷边加工，由此将壳体5密封。封口体6可以由丁基橡胶、乙丙橡胶（EPT）、氟橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶等构成，但只要是能够通过压缩而将壳体5密封的绝缘材料，就没有特别的限定。

涂布层7设置于与封口体6的外表面接触的部分上。涂布层7是通过使吸附剂9分散于树脂8中而形成的，所述吸附剂用于吸附电解液4中所含的溶剂。在该构成中，在壳体5的内部发生并透过封口体6的溶剂气体被涂布层7中混合的吸附剂9吸附，从而涂布层7的溶剂气体浓度升高。因此，在封口体6的壳体5的内部侧和外部侧，溶剂气体浓度之差减少。即在封口体6的壳体5的内部侧和外部侧，溶剂气体的浓度梯度减缓。由此，可以抑制溶剂气体透过封口体6。

作为吸附剂9，活性炭、分子筛（沸石中的结晶性沸石的一种）、沸石（晶体中具有微细孔的铝硅酸盐的总称）、硅胶等，只要是具有溶剂气体吸附性的材料，就均可以使用。

吸附剂9的BET比表面积为500m²/g～3000m²/g，平均细孔径为0.5nm～20nm，更优选的是，比表面积为1000m²/g～3000m²/g，平均细孔径为0.5nm～5nm。此外，吸附剂9的材质、比表面积、平均细孔径等物性优选根据电解液4中使用的溶剂加以适当的选择。

作为构成涂布层7的树脂8，可以利用环氧树脂、氟树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、硅树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂等。除此以外，只要是能够分散吸附剂9并能够形成涂布层7的材料，则均能够使用。另外，在涂布层7中，除了吸附剂9以外，还可以分散无机填料、有机填料作为填充材。

此外，吸附剂9的混合比例如果减少，则效果较小，相反如果增多，则与树脂8的混炼变得困难。因此，吸附剂9的混合比例相对于树脂8的100重量份，优选为10重量份～80重量份的范围。或者，吸附剂9的混合比例优选为涂布层7的6体积%～33体积%的范围。

下面，使用具体的例子说明本实施方式的效果。当电解液4含有γ-丁内酯作为主溶剂时，树脂8可以优选使用环氧树脂，吸附剂9可以优选使用活性炭。相对于环氧树脂100重量份的活性炭的比例设定为30重量份。此时，涂布层7中的活性炭的混合比例为15体积%。将按照该比例在环氧树脂中分散活性炭而得到的液体涂布于与封口体6的外表面接触的部分上后，通过使其固化而形成涂布层7。涂布层7的厚度约为200μm。活性炭的比表面积为2300m²/g，平均细孔径为2nm，平均粒径为3μm。电解液4的组成为：γ-丁内酯为75重量份，邻苯二甲酸1,2,3,4-四甲基咪唑鎓为25重量份，硝基苯甲酸为0.5重量份，正磷酸为0.5重量份。壳体5的直径为10mm，高度为9.5mm。封口体6是具有2.7mm左右的厚度的丁基橡胶。将如上所述地构成的电容器设定为样品E1。

另外，为了与样品E1进行比较，除了未在与封口体的外表面接触的部分上设置涂布层7以外，与样品E1同样地制作样品C1。再者，除了形成不含活性炭的环氧树脂层代替涂布层7以外，与样品E1同样地制作样品C2。

将如上所述地制作的E1、C1、C2投入至135℃的高温槽内，测定随时间经过的电解液4的减少状态，其结果示于图3中。图3是表示随时间经过的电解液4的重量残存率的特性图。

由图3表明，在样品C1和样品C2中，电解液4的重量随时间的经过而减少，1000小时后减少了约28%，残存量约为72%。这是因为气化的电解液4中的γ-丁内酯透过封口体6而排出到外部，因而电解液4得以减少。与此相对照，在样品E1中，电解液4的重量减少了约23%，残存量达到了约77%的程度，具有抑制电解液4的减少的效果。此外，当时间经过较短时，重量减少率几乎无变化。可以认为这是因为作为吸附剂9的活性炭吸附溶剂气体，直到涂布层7中的溶剂气体浓度升高为止需要一定的时间。

（实施方式2）

图4是表示本发明的实施方式2的电容器的构成的剖视图，图5是该电容器中使用的封口体的示意剖视图。本实施方式中的电容器与实施方式1的电容器的不同点在于，具有封口体15以代替封口体6和涂布层7。除此以外，与实施方式1同样，因而省略详细的说明。

封口体15是通过使吸附剂9分散于橡胶成分16中而形成的，所述吸附剂9用于吸附电容器元件1中浸渍的电解液4中所含的溶剂。该构成也能够起到与实施方式1同样的效果。即，在壳体5的内部发生并透过封口体15的溶剂气体被封口体15中分散的吸附剂9吸附，封口体15的溶剂气体吸附浓度升高。因此，在封口体15的壳体5的内部侧和外部侧，溶剂气体浓度之差减少。由此，可以抑制溶剂气体透过封口体15。

作为吸附剂9，与实施方式1同样，活性炭、分子筛、沸石、硅胶等，只要是具有溶剂气体吸附性的材料，就均可以使用。

作为构成封口体15的橡胶成分16，可以使用丁基橡胶、乙丙橡胶（EPT）、氟橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶、丙烯酸橡胶等。除此以外，只要是能够分散吸附剂9，并能够通过压缩而将壳体5密封的绝缘材料，就没有特别限定。另外，在橡胶成分16中，除了吸附剂9以外，还可以分散无机填料、有机填料等填充材、炭黑、二氧化硅等增强材。

此外，吸附剂9的混合比例如果减少，则效果较小，相反如果增多，则与橡胶成分16的混炼变得困难。另外，吸附剂9的混合比例如果增多，则作为封口体15的弹性模量下降，从而封口功能下降。因此，吸附剂9的混合比例相对于橡胶成分16中的丁基聚合物100重量份，优选为10重量份～80重量份的范围。或者，吸附剂9的混合比例优选为橡胶成分16的8体积%～40体积%的范围。

另外，吸附剂9的平均粒径如果过大，则在封口时难以对封口体15均等地施加压缩应力，封口可靠性下降。另一方面，吸附剂9的平均粒径如果过小，则会发生橡胶混炼时的分散不良。因此，吸附剂9的平均粒径优选为1μm～100μm。

另外，也可以使用图6所示的封口体15A代替封口体15。封口体15A由在橡胶成分16中分散有吸附剂9的第1层18、和由不含吸附剂9的橡胶成分16形成的第2层19构成。封口体15A按照使第1层18在图4中成为上侧的方式配置。

接近溶剂的第2层19的溶剂气体浓度如果升高，则溶剂气体朝第1层18移动，并朝外部透过。但是，由于第1层18含有吸附剂9，所以溶剂气体在第1层18中被吸附。因此，第1层18中的溶剂气体浓度升高。因此，可以使接近溶剂的第2层19的溶剂气体浓度与远离溶剂的第1层18的溶剂气体浓度之差变小。因此，即使在仅仅使第1层18中含有吸附剂9的情况下，也能够有效地降低溶剂气体的透过。

当如图5所示的封口体15那样、整体中都分散有吸附剂9时，根据橡胶配比的不同，封口体15的弹性模量有可能下降。如果弹性模量下降，则封口可靠性下降。但是，如图6所示，通过使用由第1层18和第2层19构成的封口体15A，可提高不含吸附剂9的第2层19的弹性模量的橡胶配比就成为可能。其结果是，封口体15A的封口可靠性得以提高。

另外，在第2层19中也可以分散有吸附剂19。此时，只要是第1层18中分散有比第2层19更多的吸附剂9即可。这样，封口体15A具有面向电容器的外侧的第1层18和面向壳体5的内部的第2层19，并且在第1层18中分散有比第2层19更多的吸附剂9。

另外，也可以按照从面向壳体5的内部的一侧朝着面向电容器的外侧的一侧使吸附剂9的含量增加的方式混合吸附剂9而形成封口体。

下面，使用具体的例子说明本实施方式的效果。当电解液4含有γ-丁内酯作为主溶剂时，橡胶成分16可以优选使用丁基橡胶，吸附剂9可以优选使用活性炭。相对于丁基聚合物100重量份的活性炭的比例设定为30重量份。此时，橡胶成分16中的活性炭的比例为15体积%。将按照该比例在丁基橡胶中混合并分散活性炭而得到的混炼体进行成型而形成封口体15。封口体15的厚度约为2.7mm。活性炭的比表面积为2300m²/g，平均细孔径为2nm，平均粒径为3μm。电解液4的组成为：γ-丁内酯为75重量份，邻苯二甲酸1,2,3,4-四甲基咪唑鎓为25重量份，硝基苯甲酸为0.5重量份，正磷酸为0.5重量份。

壳体5的直径为10mm，高度为9.5mm。将如上所述地构成的电容器设定为样品E2。

另外，如下所述地制作图6所示构成的封口体15A。在模具中加入混合有作为吸附剂9的活性炭的交联前的外层用橡胶片材、和未混合活性炭的交联前的内层用橡胶片材，在150～200℃加热10分钟～20分钟而进行接合。然后，从模具中取出外层用橡胶片材与内层用橡胶片材的层叠体，在200℃左右加热数小时而进行一体化。将该一体化的橡胶片材压力加工成规定的形状，从而形成封口体15A。此外，作为外层用橡胶片材，使用与上述的封口体15相同成分的橡胶片材，作为内层用橡胶片材，使用仅由丁基橡胶形成的橡胶片材。除了使用封口体15A以外，与样品E2同样地制作样品E3的电容器。

再者，将样品E3的封口体15A内外颠倒，将第1层18配置于内侧，将第2层19配置于外侧，除此以外，与样品E2同样地制作样品E4。

另外，为了与样品E2、E3、E4进行比较，使用仅由丁基橡胶形成的封口体，除此以外，与样品E2同样地制作样品C3。即，样品C3具有与实施方式1的样品C1同样的构成。

将如上所述地制作的样品E2、E3、E4、C3投入至135℃的高温槽内，测定随时间经过的电解液4的减少状态，其结果示于图7中。图7是表示随时间经过的电解液4的重量残存率的特性图。

由图7表明，在样品C3中，电解液4的重量随时间的经过而减少，1000小时后减少了约26%，残存量约为74%。这是因为气化的电解液4中的γ-丁内酯透过封口体6而排出到外部，因而电解液4得以减少。与此相对照，在样品E2中，电解液4的重量减少了约18%，残存量达到了约82%的程度，具有抑制电解液4的减少的效果。

另外还可知，在使用了仅仅外侧的第1层18中混合有活性炭的封口体15A的样品E3中，电解液4的重量减少了约18%，残存量达到了约82%的程度，具有抑制电解液4的减少的效果。即，显示出与使用了在整体中分散有活性炭的封口体15的样品E2大致相同的电解液的重量残存率。

另外，如样品E4所示，当仅仅在配置于内侧的第1层18中含有活性炭时，电解液的重量减少率约为21%，残存量约为79%。该构成与样品C3相比，电解液的重量减少率减少。但是，与样品E3相比，电解液的重量减少率增大。一般认为这是因为：内侧的第1层18与外侧的第2层19的溶剂气体浓度差增大，溶剂气体依次透过溶剂气体浓度较低的第2层19、然后透过电容器外部。

另外，当时间经过较短时，重量减少率几乎无变化。可以认为这是因为：与实施方式1同样，作为吸附剂9的活性炭吸附溶剂气体，直到封口体15中或第1层18中的溶剂气体浓度升高为止需要一定时间。

此外，实施方式1的涂布层7、实施方式2的封口体15、15A在将高耐热用溶剂的γ-丁内酯、环丁砜用于电解液4的情况下是特别有效的。但是，在使用水、乙二醇、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯等一般的溶剂时也可以使用。

另外，在以上的说明中，作为电容器，以电解电容器为例进行了说明，但本发明也能够适用于双电层电容器或电池等使用了电解液的其它的电化学元件。

产业上的可利用性

本发明的电容器通过抑制封口体的气体透过而能够抑制干涸。因此，作为要求高温环境下使用这一领域的电容器是特别有用的。

符号说明：

1电容器元件2阳极引线

3阴极引线4电解液

5壳体6,15,15A封口体

7涂布层8树脂

9吸附剂16橡胶成分

18第1层19第2层

Claims

1.一种电容器，其具有：

电容器元件，

浸渍于所述电容器元件中的电解液，

用于收纳所述电容器元件和所述电解液的有底筒状的金属制壳体，

能够通过压缩而密封所述壳体的开口部的封口体，以及

设置于与所述封口体的外表面接触的部分上、并通过使吸附剂分散于树脂中而形成的涂布层，其中，所述吸附剂用于吸附所述电解液中所含的溶剂。

2.根据权利要求1所述的电容器，其中，所述吸附剂是活性炭、沸石、分子筛、硅胶中的至少任一种。

3.根据权利要求1所述的电容器，其中，构成所述涂布层的树脂是环氧树脂、氟树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、硅树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂中的至少任一种。

4.根据权利要求1所述的电容器，其中，所述吸附剂的比例为所述涂布层的6体积％～33体积％。

5.根据权利要求1所述的电容器，其中，所述封口体包含丁基橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶中的至少任一种。

6.一种电容器，其具有：

电容器元件，

浸渍于所述电容器元件中的电解液，

用于收纳所述电容器元件和所述电解液的有底筒状的金属制壳体，以及

能够通过压缩而密封所述壳体的开口部的封口体；

所述封口体是通过使吸附剂分散于橡胶成分中而形成的，其中，所述吸附剂用于吸附所述电解液中所含的溶剂，

所述封口体具有面向所述电容器的外侧的第1层和面向所述壳体的内部的第2层，并且在所述第1层中分散有比所述第2层更多的所述吸附剂。

7.根据权利要求6所述的电容器，其中，所述吸附剂是活性炭、沸石、分子筛、硅胶中的至少任一种。

8.根据权利要求6所述的电容器，其中，形成所述封口体的所述橡胶成分是丁基橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶、丙烯酸橡胶中的任一种。

9.根据权利要求6所述的电容器，其中，所述吸附剂的比例为构成所述封口体的橡胶成分的8体积％～40体积％。