JP2017069390A - 電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
それゆえ、前記揮発性溶媒と難揮発性溶媒の両方を含む電解液を使用することが望ましいが、高温負荷時の揮発性を抑制するために難揮発性溶媒の配合比率を高めると、一方で低温度域特性の担保に必要な揮発性溶媒(低粘性溶媒)の配合比率が低くなるため、高温度域対応化と低温度域対応化の両立が困難であるという問題がある。
誘電体酸化皮膜が形成された陽極電極箔と、陰極電極箔とを、セパレータを介して巻回してなるコンデンサ素子を、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)/ポリスチレンスルホン酸(PSS)を含むポリマー分散液に含浸および乾燥させる工程と、
前記コンデンサ素子に、γ−バレロラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトンから選択される第一溶媒と、数平均分子量100〜250のポリアルキレングリコールおよびその誘導体から選択される第二溶媒と、数平均分子量500〜2000のポリアルキレングリコールおよびその誘導体から選択される第三溶媒とを含む電解液を含浸させる工程
を含むことを特徴とする。
また、陰極電極箔3も陽極電極箔1と同様にアルミニウム等の弁作用金属で形成されており、エッチング処理により表面が粗面化されたもの(粗面化箔)が使用される。この陰極電極箔3としては、他にエッチング処理を施さないプレーン箔も使用でき、また、前記粗面化箔もしくはプレーン箔の表面に、チタンやニッケルやその炭化物、窒化物、炭窒化物又はこれらの混合物からなる金属薄膜や、カーボン薄膜を形成したコーティング箔も使用することができる。
なお、図1に示されるように、陽極電極箔1および陰極電極箔3からは、それぞれ陽極リード線5および陰極リード線6が引き出されている。
より好ましい第一溶媒はγ−バレロラクトンおよびγ−ブチロラクトンであり、特にγ−バレロラクトンが好ましい。
本発明の電解液の溶媒の全量を100重量%とした場合、前記第一溶媒の割合は、20重量%以上であることが好ましい。他方、前記ラクトン系溶媒は揮発性の有機溶剤であるため、高温負荷時における電解液の減少を抑制するためには60重量%以下であることが好ましい。より好ましい第一溶媒の割合は30〜55重量%である。
なお、電解コンデンサ用電解液の電解質に使用される代表的な有機酸であるフタル酸を使用した場合、高温度域にてフタル酸無水物を生成するため、酸・塩基の比が崩れ、電解液のpHが塩基性側に片寄るおそれがある。導電性高分子にとって塩基性は脱ドープを引き起こし、特性劣化を招く要因となる。したがって、高温度域における使用を想定する場合、導電性高分子の特性劣化を招くことがないよう、無機酸またはその塩を電解質として使用することがより好ましい。特に、ホウ酸またはその塩を電解質として使用することが好ましい。
まず、所定の幅に切断された陽極電極箔及び陰極電極箔に外部引き出し電極用のタブ端子を接続し、セパレータを介して巻回してコンデンサ素子を作製する。陽極電極箔としては、表面に誘電体酸化皮膜が形成された弁金属箔を用いる。
次に、このコンデンサ素子に化成液中で電圧を印加して切り口化成(素子化成)を行い、誘電体酸化皮膜の修復を行う。この際、使用される化成液としては、アジピン酸および/またはアジピン酸塩(例えば0.5〜3重量%のアジピン酸アンモニウム)を含む水溶液が挙げられる。
ポリマー分散液は溶媒として水を使用したものが好ましい。また、PEDOT/PSSの濃度は1〜5重量%が適切である。このような導電性高分子層を形成する工程において、含浸は常圧で行ってもよいが、減圧下(例えば、80〜100kPa)で行うことがより好ましい。また、含浸及び乾燥は、2回以上繰り返して行うことができる。乾燥条件は、溶媒である水を除去可能かつコンデンサ素子に悪影響を及ぼさない限り制限されないが、例えば室温で20〜40時間静置することによって、あるいは85〜200℃で30〜120分間静置することによって、乾燥させることができる。
続いて、90℃程度の温度条件にてコンデンサに定格電圧を印加してエージング処理を施すことにより、本発明のハイブリッド型電解コンデンサが得られる。
前記の陽極電極箔及びアルミニウムからなる陰極電極箔を、エスパルトパルプを主体としたセパレータを介して巻回し、巻回素子を完成した。
次に、ハイブリッド型電解コンデンサの陰極層である導電性高分子層の形成を行った。
巻回素子に2.6wt%のPEDOT/PSSを含むポリマー分散液を90kPaの減圧下で30分間浸漬・含浸させ、25℃で24時間静置することによって水分を除去し導電性高分子層を形成させた。
そして、ケース内にコンデンサ素子を挿入してコンデンサ素子に電解液を含浸させると共に、ケースの開口部をカーリングした。
続いて、90℃程度の温度条件にてコンデンサに定格電圧を印加しエージング処理を施し、ハイブリッド型コンデンサ(φ6.3×6.1L 35V−47μF 保証温度125℃)を完成した。
実施例、比較例および従来例の電解コンデンサについて下記の評価方法にて評価を行った。
1.低温試験
−55℃の静電容量(Cap)を測定し、25℃の静電容量に対する変化率(減少率)を計算した。また、−55℃における初期等価直列抵抗(ESR)を測定した(測定時周波数:100kHz)
2.高温加速劣化試験
135℃、35V印加、500時間後のESRを測定し、初期ESRと比較した(測定温度:25℃、測定時周波数:100kHz)。
一方、γ−バレロラクトンを、テトラエチレングリコールとポリオキシエチレンポリグリセリルエーテルと併用した場合(実施例1〜5)、比較例1〜3と比べて、低温、室温におけるESRは同等であり、低温における容量変化率が明らかに改善し、さらに高温加速劣化試験におけるESRも同等であることが確認できた。
特に数平均分子量が750のポリオキシエチレンポリグリセリルエーテルとテトラエチレングリコールを併用し、γ−バレロラクトンを半量近く含む溶媒を使用した場合(実施例4、5)、容量変化率の改善が顕著であることが分かる。
2 セパレータ
3 陰極電極箔
4 コンデンサ素子
5 陽極リード線
6 陰極リード線
Claims (6)
- 誘電体酸化皮膜が形成された陽極電極箔と、陰極電極箔とを、セパレータを介して巻回してなるコンデンサ素子を有する電解コンデンサであって、前記誘電体酸化皮膜上に形成された導電性高分子層と、前記コンデンサ素子に含浸された電解液とを有し、前記電解液が、γ−バレロラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトンから選択される第一溶媒と、数平均分子量100〜250のポリアルキレングリコールおよびその誘導体から選択される第二溶媒と、数平均分子量500〜2000のポリアルキレングリコールおよびその誘導体から選択される第三溶媒を含むことを特徴とする、電解コンデンサ。
- 前記電解液の溶媒において、前記第一溶媒の割合が20〜60重量%であり、前記第二溶媒の割合が35〜75重量%であり、前記第三溶媒の割合が3〜15重量%である、請求項1に記載の電解コンデンサ。
- 前記第一溶媒がγ−バレロラクトンおよびγ−ブチロラクトンから選択され、前記第二溶媒がテトラエチレングリコールであり、前記第三溶媒が数平均分子量500〜2000のポリオキシエチレンポリグリセリルエーテルである、請求項1または2に記載の電解コンデンサ。
- 前記電解液中に含まれる電解質が、無機酸またはその塩である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 前記導電性高分子が、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)/ポリスチレンスルホン酸(PSS)である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のコンデンサ。
- 誘電体酸化皮膜が形成された陽極電極箔と、陰極電極箔とを、セパレータを介して巻回してなるコンデンサ素子を、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)/ポリスチレンスルホン酸(PSS)を含むポリマー分散液に含浸および乾燥させる工程と、
前記コンデンサ素子に、γ−バレロラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトンから選択される第一溶媒と、数平均分子量100〜250のポリアルキレングリコールおよびその誘導体から選択される第二溶媒と、数平均分子量500〜2000のポリアルキレングリコールおよびその誘導体から選択される第三溶媒とを含む電解液を含浸させる工程
を含むことを特徴とする、電解コンデンサの製造方法。
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