JP2002299190A

JP2002299190A - 電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2002299190A
Application number: JP2001096934A
Authority: JP
Inventors: Toshitaka Yoshioka; 利恭吉岡
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-10-11

Abstract

(57)【要約】【課題】１５０℃の高温使用に耐えうる電解コンデン
サを提供する。【解決手段】陽極引出し手段を備えた陽極箔と陰極引
出し手段を備えた陰極箔とセパレータを巻回し、かつ駆
動用電解液を含浸させてなるコンデンサ素子と、このコ
ンデンサ素子を収納する外装ケースと、この外装ケース
の開口部を封口する封口体を備え、前記駆動用電解液と
してスルホランを含む溶媒からなる電解液を用い、かつ
前記封口体として少なくとも第１のゴム層とフッ素ゴム
を配合した第２のゴム層とを積層してなり、第１のゴム
層と第２のゴム層が加硫接合している封口体を用いてい
るので、１５０℃において封口体の劣化、電気特性の劣
化が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電解コンデンサ、
特に高温長寿命特性の良好な電解コンデンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電解コンデンサを図２を用いて説
明する。図２は電解コンデンサの構成を示す断面図であ
り、電極引出し手段であるリード線４を備えた電極箔を
セパレータを介して巻回したコンデンサ素子１に駆動用
電解液が含浸される。そして、このコンデンサ素子１が
有底筒状の外装ケース２に収納され、外装ケースの開口
部に封口体３が装着される。そして、開口部を加締め加
工によって封口して、電解コンデンサが形成される。通
常、この電解コンデンサ用封口体として、ブチルゴムや
エチレンプロピレンゴムからなる封口ゴムが用いられ
る。

【０００３】そして、小型、低圧、低インピーダンス用
の電解コンデンサの、コンデンサ素子に含浸される電解
液としては、従来より、γ−ブチロラクトンを主溶媒と
し、フタル酸、マレイン酸などの四級化環状アミジニウ
ム塩を溶質とするもの等が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
自動車の電装品やインバータ照明に用いられる電解コン
デンサの使用環境温度が１５０℃へと高温化している。
ところが、前記の従来の電解コンデンサでの高温使用は
１２５℃が限界であり、１５０℃での特に長時間使用に
は耐えることができない。

【０００５】すなわち、前記の電解液が封口ゴムに膨潤
し、１５０℃の高温下で封口ゴムが熱酸化劣化をおこし
てゴム特性が劣化し、ゴム強度の低下、気密性の低下を
もたらし、電解コンデンサの特性が低下するという問題
点があった。そこで、本発明は１５０℃の高温長時間使
用に耐えることのできる電解コンデンサを提供すること
をその目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の電解コンデンサ
は、陽極引出し手段を備えた陽極箔と陰極引出し手段を
備えた陰極箔とをセパレータを巻回し、かつ駆動用電解
液を含浸させてなるコンデンサ素子と、このコンデンサ
素子を収納する外装ケースと、この外装ケースの開口部
を封口する封口体を備え、前記駆動用電解液としてスル
ホランを含む溶媒からなる電解液を用い、かつ前記封口
体として少なくとも第１のゴム層とフッ素ゴムを配合し
た第２のゴム層とを積層してなり、第１のゴム層と第２
のゴム層が加硫接合している封口体を用いたことを特徴
としている。

【０００７】また、陰極箔として、表面の一部又は全部
に、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化タンタル、窒
化ニオブから選ばれた金属窒化物、又は、チタン、ジル
コニウム、タンタル、ニオブから選ばれた金属からなる
皮膜を形成したアルミニウム箔を用いることができる。

【０００８】さらに、陰極引出し手段の表面の一部又は
全部に、セラミックコーティング層を形成することがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の封口体は少なくとも第１
のゴム層とフッ素ゴムを配合した第２のゴム層とを積層
してなり、第１のゴム層と第２のゴム層が加硫接合して
いるものであって、この２層の構成を含むものであれば
よく、この２層以外にその他のゴム層などが積層されて
いてもよい。例えば、第１の層と第２の層の上に第１の
層を積層してもよい。

【００１０】第１のゴム層および第２のゴム層のゴムポ
リマーとしてはイソプレン−イソブチレン−ジビニルベ
ンゼン共重合体、イソプレン−イソブチレン共重合体、
エチレン−プロピレン共重合体等を用いることができ
る。なかでも、イソプレン−イソブチレン−ジビニルベ
ンゼン共重合体を用いると寿命特性が向上するので好適
である。

【００１１】また、第２のゴム層に配合されているフッ
素ゴムのポリマーとしてはフッ化ビニリデン−ヘキサフ
ルオロプロピレン共重合体などのフッ化ビニリデン系、
テトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体などのテ
トラフルオロエチレン−プロピレン系、またはテトラフ
ルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル系
などを用いることができる。なかでも、混練性の良好な
テトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体を用いる
と好適である。

【００１２】そして、第１のゴム層は前記のゴムポリマ
ーと加硫剤等の添加剤から構成される。また、第２のゴ
ム層は前記のゴムポリマーとフッ素ゴムのポリマーと加
硫剤等の添加剤から構成される。

【００１３】そして、本発明においては、少なくとも第
１のゴム層と第２のゴム層が加硫接合しているが、この
ことによって高温寿命試験における十分な接合強度を得
ることができる。ここで、第２のゴム層を構成するフッ
素ゴムまたはゴムの少なくとも一方が、第１のゴム層を
構成するゴムと加硫していれば、第１のゴム層と第２の
ゴム層が加硫接合して、良好な接合強度を得ることがで
きる。たとえば、第２のゴム層を構成するフッ素ゴムま
たはゴムの少なくとも一方の加硫方法が、第１のゴム層
を構成するゴムの加硫方法と同一であれば好適である。
加硫方法としては、過酸化物加硫、樹脂加硫、その他キ
ノイド加硫、硫黄加硫、ポリアミン加硫、ポリオール加
硫を挙げることができる。なかでも、過酸化物加硫で加
硫すると寿命特性が向上するので好適である。過酸化物
加硫に用いる加硫剤としてはケトンパーオキサイド類、
パーオキシケタール類、ハイドロパーオキサイド類、ジ
アルキルパーオキサイド類、ジアシルパーオキサイド
類、パーオキシジカーボネート類、パーオキシエステル
類などを挙げることができる。具体的には、１，１−ビ
ス−ｔ−ブチルパーオキシ−３，３，５−トリメチルシ
クロヘキサン、ｎ−ブチル−４，４−ビス−ｔ−ブチル
パーオキシバレレート、ジクミルパーオキサイド、ｔ−
ブチルパーオキシベンゾエート、ジ−ｔ−ブチルパーオ
キサイド、ベンゾイルパーオキサイド、１，３−ビス
（ｔ−ブチルパーオキシ−イソプロピル）ベンゼン、
２，５−ジメチル−２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシ
ルヘキシン−３、ｔ−ブチルパーオキシクメン、α、α
´ビス（ターシャーリーブチルパーオキシ）ジイソプロ
ピルベンゼンなどを挙げることができる。

【００１４】以下に本発明の封口体の製造方法について
説明する。まず上記のゴムボリマーに加硫剤、そしてマ
イカ、クレー、タルクなどの充填材、その他、加工助
剤、老化防止剤、架橋助剤を添加する。そして、密閉型
混合機、オープンロール等で混練し、ゴムシートを形成
する。

【００１５】また、上記のゴムポリマーとフッ素ゴムポ
リマーと加硫剤、その他の添加剤を添加する。ここで、
ゴムポリマーとフッ素ゴムポリマーの配合比は１：９〜
５：５、好ましくは２：８〜３：７、この配合比未満で
はガス透過性が上昇し電解コンデンサの寿命特性が低下
し、この配合比を越えると寿命試験でのゴム特性が低下
する。また、充填材としてマイカまたはタルクを添加す
ると、ガス透過性が低減して寿命特性が向上するので好
ましく、なかでもマイカが好ましい。これらの配合剤を
用い、前記のゴムシートと同様にして、フッ素ゴムを配
合したゴムシート（以下、フッ素ゴム配合ゴムシート）
を形成する。

【００１６】そして、このようにして形成したゴムシー
トとフッ素ゴム配合ゴムシートを重ね合わせ、加硫成型
金型で加圧、加熱して、これらのシートをを加硫接合す
ると共に、電解コンデンサ用封口体状のシートに成型す
る。そして、成型後のシートを打ち抜いて本発明の封口
体を形成する。

【００１７】ここで、第１のゴム層と第２のゴム層の厚
みの比は１：１〜３：１、好ましくは１．５：１〜２：
１、この範囲未満ではガス透過性が上昇し、この範囲を
越えると耐熱性が低下する。

【００１８】そして、以下のような駆動用電解液を用い
る。

【００１９】本発明の電解液は、スルホランを含有する
ものであるが、この他に、プロトン性極性溶媒、非プロ
トン性溶媒、及びこれらの混合物を用いることができ
る。プロトン性極性溶媒としては、一価アルコール類
（エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノー
ル、ヘキサノール、シクロブタノール、シクロペンタノ
ール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等）、
多価アルコール類およびオキシアルコール化合物類（エ
チレングリコール、プロピレングリコール、グリセリ
ン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メトキシプ
ロピレングリコール、ジメトキシプロパノール等）など
が挙げられる。また、非プロトン性の極性溶媒として
は、アミド系（Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ─ジメ
チルホルムアミド、Ｎ─エチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ─
ジエチルホルムアミド、Ｎ─メチルアセトアミド、Ｎ，
Ｎ─ジメチルアセトアミド、Ｎ─エチルアセトアミド、
Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリ
ックアミド等）、ラクトン類（γ−ブチロラクトン、δ
−バレロラクトン、γ−バレロラクトン等）、スルホラ
ン系（３−メチルスルホラン、２，４−ジメチルスルホ
ラン等）、環状アミド系（Ｎ─メチル─２─ピロリド
ン、エチレンカーボネイト、プロピレンカーボネイト、
イソブチレンカーボネイト等）、ニトリル系（アセトニ
トリル等）、オキシド系（ジメチルスルホキシド等）、
２−イミダゾリジノン系〔１，３−ジアルキル−２−イ
ミダゾリジノン（１，３−ジメチル−２−イミダゾリジ
ノン、１，３−ジエチル−２−イミダゾリジノン、１，
３−ジ（ｎ−プロピル）−２−イミダゾリジノン等）、
１，３，４−トリアルキル−２−イミダゾリジノン
（１，３，４−トリメチル−２−イミダゾリジノン
等）〕などが代表として、挙げられる。

【００２０】電解液の溶質としては、アジピン酸、ギ
酸、安息香酸などのカルボン酸のアンモニウム塩、４級
アンモニウム塩、またはアミン塩を用いることができ
る。第４級アンモニウム塩を構成する第４級アンモニウ
ムとしてはテトラアルキルアンモニウム（テトラメチル
アンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロ
ピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、メチル
トリエチルアンモニウム、ジメチルジエチルアンモニウ
ム等）、ピリジウム（１−メチルピリジウム、１−エチ
ルピリジウム、１，３−ジエチルピリジウム等）が挙げ
られる。また、アミン塩を構成するアミンとしては、一
級アミン（メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミ
ン、ブチルアミン、エチレンジアミン、モノエタノール
アミン等）、二級アミン（ジメチルアミン、ジエチルア
ミン、ジプロピルアミン、エチルメチルアミン、ジフェ
ニルアミン、ジエタノールアミン等）、三級アミン（ト
リメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミ
ン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）−ウンデセ
ン−７、トリエタノールアミン等）があげられる。

【００２１】さらに、四級化環状アミジニウムイオンを
カチオン成分とする塩を用いることができる。この塩の
アニオン成分となる酸としては、フタル酸、イソフタル
酸、テレフタル酸、マレイン酸、安息香酸、トルイル
酸、エナント酸、マロン酸等を挙げることができる。

【００２２】カチオン成分となる四級化環状アミジニウ
ムイオンは、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−置換アミジン基をもつ環状
化合物を四級化したカチオンであり、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−置
換アミジン基をもつ環状化合物としては、以下の化合物
が挙げられる。イミダゾール単環化合物（１−メチルイ
ミダゾール、１−フェニルイミダゾール、１，２−ジメ
チルイミダゾール、１−エチル−２−メチルイミダゾー
ル、１，２−ジメチルイミダゾール、１−エチル−２−
メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、
１，２，４−トリメチルイミダゾール等のイミダゾール
同族体、、１−メチル−２−オキシメチルイミダゾー
ル、１−メチル−２−オキシエチルイミダゾール等のオ
キシアルキル誘導体、１−メチル−４（５）−ニトロイ
ミダゾール等のニトロ誘導体、１，２−ジメチル−５
（４）−アミノイミダゾール等のアミノ誘導体等）、ベ
ンゾイミダゾール化合物（１−メチルベンゾイミダゾー
ル、１−メチル−２−ベンゾイミダゾール、１−メチル
−５（６）−ニトロベンゾイミダゾール等）、２−イミ
ダゾリン環を有する化合物（１−メチルイミダゾリン、
１，２−ジメチルイミダゾリン、１，２，４−トリメチ
ルイミダゾリン、１−メチル−２−フェニルイミダゾリ
ン、１−エチル−２−メチル−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−
エトキシメチルイミダゾリン等）、テトラヒドロピリミ
ジン環を有する化合物（１−メチル−１，４，５，６−
テトラヒドロピリミジン、１，２−ジメチル−１，４，
５，６−テトラヒドロピリミジン、１，５−ジアザビシ
クロ〔４，３，０〕ノネン−５等）等である。

【００２３】このような四級化環状アミジニウムイオン
をカチオン成分とする塩を用いると、電解液の高電導度
化を図ることができるので、好適である。

【００２４】ここで、前記の電解液においてγ−ブチロ
ラクトンとの混合溶媒を用い、溶質として四級化環状ア
ミジニウムイオンをカチオン成分とする塩を用いると、
高温寿命特性が良好でさらに誘電損失、低温特性も良好
な電解コンデンサを得ることができる。また、γ−ブチ
ロラクトンの混合溶媒中の含有率が６０％より小さい場
合は寿命特性がさらに向上し、２０％より大きい場合は
誘電損失、低温特性が向上するので、γ─ブチロラクト
ンの含有率は２０〜６０％が好ましい。

【００２５】さらに、このような電解液に溶媒としてエ
チレングリコールを加え、ほう酸、マンニットを添加す
ると耐電圧特性が向上する。添加量は、電解液全体に対
して、ほう酸を０．５〜２．５ｗｔ％、マンニットを
０．５〜２．５ｗｔ％を添加すると好適である。この範
囲未満では、耐電圧特性が低下し、この範囲を越える
と、電導度が低下する。また、添加するマンニットの量
は、ほう酸の添加量１に対して、１．０〜２．０が好ま
しい。この範囲未満では、高温保存下での電導度が低下
し、この範囲を越えると初期の電導度が低下する。以上
の電解液を用いることによって高温寿命特性が良好で５
０Ｖ以上の耐電圧特性を有し、さらに低温特性も良好な
電解コンデンサを実現することができる。

【００２６】以上のような封口体と駆動用電解液を用い
て、本発明の電解コンデンサが形成される。すなわち、
図１に示すように、上記の電解液を含浸したコンデンサ
素子１を外装ケース２に収納し、この外装ケースの開口
部に第１のゴム層３１とフッ素ゴムを配合した第２のゴ
ム層３２を積層してなり、これらが加硫接合している封
口体３を装着する。そして、開口部を加締め加工等によ
って封口して、本発明の電解コンデンサが形成される。

【００２７】以上のように本発明においては、少なくと
も第１のゴム層とフッ素ゴムを配合した第２のゴム層を
積層してなり、第１のゴム層と第２のゴム層が加硫接合
した封口体を用い、さらにスルホランを含む溶媒からな
る駆動用電解液を用いているので、１５０℃の高温下で
電解液が膨潤しても熱酸化劣化の進行が抑制されてゴム
特性の劣化が抑制され、さらに電解液の封口体を通して
の減少が少ない。また低インピーダンス特性を有し、４
級アンモニウム塩等にみられる漏液も防止される。この
ような封口体と電解液の相乗作用によって、本発明の電
解コンデンサは高温長寿命特性が良好である。

【００２８】また、本発明の電解コンデンサにおいて、
陰極電極箔として、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒
化タンタル、窒化ニオブから選ばれた金属窒化物、又
は、チタン、ジルコニウム、タンタル、ニオブから選ば
れた金属を蒸着法、メッキ法、塗布など従来より知られ
ている方法により被覆した陰極電極箔を用いることがで
きる。ここで、被覆する部分は陰極電極箔の全面に被覆
してもよいし、必要に応じて陰極電極箔の一部、例えば
陰極電極箔の一面のみに金属窒化物又は金属を被覆して
もよい。このことによって、電解液の漏液防止効果を高
めることができる。

【００２９】また、リード線４の少なくとも丸棒部５の
表面には、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂などからな
るセラミックスコーティング層等の絶縁層を形成した
り、ホウ酸アンモニウム水溶液、リン酸アンモニウム水
溶液あるいはアジピン酸アンモニウム水溶液等による陽
極酸化処理によって形成した酸化アルミニウム層を形成
することができる。このことによっても、漏液防止効果
を高めることができる。

【００３０】

【実施例】次にこの発明について実施例を示し、詳細に
説明する。セパレータを介して、陽極箔と、陰極箔を巻
回してコンデンサ素子を形成する。陽極電極箔は、純度
９９．９％のアルミニウム箔を酸性溶液中で化学的ある
いは電気化学的にエッチングして拡面処理した後、アジ
ピン酸アンモニウムの水溶液中で化成処理を行い、その
表面に陽極酸化皮膜層を形成したものを用いる。陰極箔
として、純度９９．９％のアルミニウム箔をエッチング
して拡面処理した箔に窒化チタンを蒸着した箔を用い
た。また、リード線の丸棒部の表面にはＡｌ₂Ｏ₃とＳ
ｉＯ₂を成分として用いた金属アルコキシド系セラミッ
クからなるセラミックコーティング層を形成した。

【００３１】上記のように構成したコンデンサ素子に、
電解コンデンサの駆動用電解液を含浸する。この電解液
を含浸したコンデンサ素子を、有底筒状のアルミニウム
よりなる外装ケースに収納し、外装ケースの開口端部
に、前記封口体を挿入し、さらに外装ケースの端部を絞
り加工することにより電解コンデンサの封口を行う。

【００３２】ここで、封口体は、以下のようにして作成
した。ゴムポリマーとしてイソプレン−イソブチレン−
ジビニルベンゼン共重合体、ＸＬ１００００（バイエル
社製）を用い、加硫剤としてジクミルパーオキサイドを
用い、その他の添加剤を配合し、オープンロールで混練
して、過酸化物加硫ブチルゴムからなるゴムシートを形
成した。

【００３３】次に、フッ素ゴムポリマーとしてテトラフ
ルオロエチレン−プロピレン共重合体を用いその他の添
加剤を配合したアフラスＳＦ６００（ＪＳＲ社製）とＸ
Ｌ１００００を８：２で配合し加硫剤としてジクミルパ
ーオキサイドを用いマイカを添加して、同様にして、フ
ッ素ゴム配合ゴムシートを形成した。そして、前記のゴ
ムシートとこのフッ素ゴム配合ゴムシートとの厚みを
２：１として過酸化物加硫で、加硫成型金型で加圧、加
熱して、これらのシートをを加硫接合すると共に、電解
コンデンサ用封口体状のシートに成型する。そして、成
型後のシートを打ち抜いて本発明の封口体Ａを作成し
た。加硫接合、成型して本発明の封口体Ａを形成した。

【００３４】また、前記のゴムシートを用い、同様に加
硫、成型し、成型後のシートを打ち抜いて、従来の封口
体Ｂを作成した。

【００３５】ここで作成した電解コンデンサに用いた、
電解液の組成と特性、及び封口体を（表１）に示す。

【００３６】そして、これらの実施例１〜３、比較例の
電解コンデンサの高温寿命試験を行った。電解コンデン
サの定格は、実施例３は２５ＷＶ−１２００μＦ、その
他は５０ＷＶ−１２００μＦであり、試験条件は１５０
℃、定格電圧負荷、２０００時間である。電気特性とゴ
ム特性（硬度ΔＨｍ）の結果を（表２）に示す。

【００３７】

【表１】＊ GBL ：γ−ブチロラクトン EG ：エチレングリコール EDMIP ：フタル酸１−エチル−２，３−ジメチルイミダ
ゾリニウム BA ：ほう酸 MAN ：マンニット GLB の欄の( ) ：γ─ブチロラクトンの混合溶媒中の重
量％

【００３８】

【表２】

【００３９】（表２）からわかるように、従来例では静
電容量もＥＳＲも大幅に劣化しており、ゴム硬度も測定
不能にまで劣化している。これに対して、本発明の封口
体と電解液を用いた実施例１〜３は１５０℃２０００時
間後も良好な特性を有しており、１５０℃使用が可能な
電解コンデンサを実現している。また、本発明の電解液
と従来の封口ゴムを用いた比較例においては、封口ゴム
の劣化が進んでいる。

【００４０】

【発明の効果】本発明においては、陽極引出し手段を備
えた陽極箔と陰極引出し手段を備えた陰極箔とセパレー
タを巻回し、かつ駆動用電解液を含浸させてなるコンデ
ンサ素子と、このコンデンサ素子を収納する外装ケース
と、この外装ケースの開口部を封口する封口体を備え、
前記駆動用電解液としてスルホランを含む溶媒からなる
電解液を用い、かつ前記封口体として少なくとも第１の
ゴム層とフッ素ゴムを配合した第２のゴム層とを積層し
てなり、第１のゴム層と第２のゴム層が加硫接合してい
る封口体を用いているので、１５０℃の高温使用に耐え
うる電解コンデンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電解コンデンサの断面図である。

【図２】従来の電解コンデンサの断面図である。

【符号の説明】

１コンデンサ素子２外装ケース３封口体４リード線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極引出し手段を備えた陽極箔と陰極引
出し手段を備えた陰極箔とをセパレータを巻回し、かつ
駆動用電解液を含浸させてなるコンデンサ素子と、この
コンデンサ素子を収納する外装ケースと、この外装ケー
スの開口部を封口する封口体を備え、前記駆動用電解液
としてスルホランを含む溶媒からなる電解液を用い、か
つ前記封口体として少なくとも第１のゴム層とフッ素ゴ
ムを配合した第２のゴム層とを積層してなり、第１のゴ
ム層と第２のゴム層が加硫接合している封口体を用いた
電解コンデンサ。
【請求項２】請求項１記載の陰極箔が、表面の一部又
は全部に、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化タンタ
ル、窒化ニオブから選ばれた金属窒化物、又は、チタ
ン、ジルコニウム、タンタル、ニオブから選ばれた金属
からなる皮膜を形成したアルミニウム箔である電解コン
デンサ。
【請求項３】請求項１記載の陰極引出し手段の表面の
一部又は全部に、セラミックコーティング層を形成した
電解コンデンサ。