特許第6411689号(P6411689)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6411689固体電解コンデンサ又はハイブリッド電解コンデンサ用セパレータ及び固体電解コンデンサ又はハイブリッド電解コンデンサ。
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】6411689
(24)【登録日】2018年10月5日
(45)【発行日】2018年10月24日
(54)【発明の名称】固体電解コンデンサ又はハイブリッド電解コンデンサ用セパレータ及び固体電解コンデンサ又はハイブリッド電解コンデンサ。
(51)【国際特許分類】
   H01G 9/02 20060101AFI20181015BHJP
   H01G 9/145 20060101ALI20181015BHJP
   H01G 9/15 20060101ALI20181015BHJP
【FI】
   H01G9/02
   H01G9/145
   H01G9/15
【請求項の数】4
【全頁数】26
(21)【出願番号】特願2018-64740(P2018-64740)
(22)【出願日】2018年3月29日
【審査請求日】2018年5月18日
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】390032230
【氏名又は名称】ニッポン高度紙工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101306
【弁理士】
【氏名又は名称】丸山 幸雄
(72)【発明者】
【氏名】越智 貴史
(72)【発明者】
【氏名】石ヶ休 正樹
(72)【発明者】
【氏名】熊岡 弘倫
【審査官】 多田 幸司
(56)【参考文献】
【文献】 特開2010−277800(JP,A)
【文献】 特開2011−228320(JP,A)
【文献】 特開2014−072361(JP,A)
【文献】 特開平03−071618(JP,A)
【文献】 特開2017−162840(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01G 9/02
H01G 9/145
H01G 9/15
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
一対の電極の間に介在する固体電解コンデンサ、又はハイブリッド電解コンデンサ用セパレータであって、
合成樹脂繊維を含有し、空隙率が65〜85%、平均孔径が0.5〜25.0μm、クラークこわさが1〜10cm3/100であることを特徴とする固体電解コンデンサ、又はハイブリッド電解コンデンサ用セパレータ。
【請求項2】
前記合成樹脂繊維がポリアミド繊維であることを特徴とする、請求項1に記載の固体電解コンデンサ、又はハイブリッド電解コンデンサ用セパレータ。
【請求項3】
前記合成樹脂繊維はフィブリル化繊維であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の固体電解コンデンサ、又はハイブリッド電解コンデンサ用セパレータ。
【請求項4】
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のセパレータを用いたことを特徴とする固体電解コンデンサ、又はハイブリッド電解コンデンサ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アルミニウム電解コンデンサ用セパレータおよび該セパレータを用いたアルミニウム電解コンデンサに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電子機器の小型化、高性能化が進んでおり、これら電子機器に用いられる回路基板等に搭載される部品も一層の小型化、高性能化が求められている。
回路基板に搭載される部品の一つにアルミニウム電解コンデンサがあるが、アルミニウム電解コンデンサの中でも、陰極材料に導電性高分子を用いたアルミニウム固体電解コンデンサ(以下、固体電解コンデンサ)は、陰極材料に電解液を用いる通常のアルミニウム非固体電解コンデンサ(以下、「非固体電解コンデンサ」と称す。)と比べ、周波数特性に優れ、等価直列抵抗(以下、「ESR」と称す。)が小さく、高周波特性が要求されるCPU周辺にも使用されている。
【0003】
また近年は、陰極材料として、導電性高分子と電解液とを共に用いた導電性高分子ハイブリッドアルミニウム電解コンデンサ(以下、「ハイブリッド電解コンデンサ」と称す。)がコンデンサメーカー各社より市場に供給されてきており、低ESR特性であることと、ショート不良がないことが必須要件である自動車電装機器用途にも用いられてきている。
【0004】
上述したように、固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサは、PCや家庭用ゲーム機をはじめ、高耐熱性が要求される自動車用電装部品等にも適用範囲が広がっている。
【0005】
固体電解コンデンサは、電極箔とセパレータとを重ね合わせて巻回して素子巻を形成した後、電極箔のアルミニウム酸化皮膜の欠損部分の修復、および電極箔の切断面やタブ等の未化成部分の化成をおこない、導電性高分子層を形成した後、ケースに挿入、封口して作製している。ハイブリッド電解コンデンサにおいては、導電性高分子層を形成した後に、更に電解液を含浸し、ケースに挿入、封口して作製している。
【0006】
固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサに用いられるセパレータは、セルロース系繊維を用いたもの、合成樹脂繊維を用いたもの、セルロース系繊維と合成樹脂繊維とを混合し、用いたもの等が提案されている。
【0007】
固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサの導電性高分子層は、導電性高分子の重合液(導電性高分子のモノマー溶液と酸化剤溶液)をセパレータに含浸させた後に重合して形成する場合と、導電性高分子微粒子の水分散液をセパレータに含浸させた後に、水を乾燥させて形成する場合とがある。
【0008】
固体電解コンデンサは、陰極材料に固体である導電性高分子を用いているため、高温条件下であっても、非固体電解コンデンサのように電解液の蒸散による特性劣化がない。また、固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサの伝導機構は電子伝導であり、イオン伝導である非固体アルミニウム電解コンデンサと比べ、応答性が良いため、周波数特性が良好であり、ESRも小さい。このため、電流を受けた際のコンデンサの発熱も抑えられる。これらの特徴から、固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサは、回路基板に搭載されるコンデンサとして、低抵抗化、耐熱性向上等の観点からメリットが大きい。
【0009】
固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサのセパレータとしてセルロース系繊維のみからなるセパレータを用いた場合、導電性高分子の重合液を用いると、セルロースが重合液の酸化剤と反応し、酸化剤を消費することで、導電性高分子の重合を阻害する。一方、導電性高分子の水分散液を用いた固体電解コンデンサでは、水分散液の粘度が非常に高いため、セパレータへの水分散液の含浸性が悪い。
【0010】
このような酸化剤との反応を防止し、また、水分散液の含浸性を向上させるため、セルロース系セパレータは、素子巻を形成後、高温で加熱することにより、セパレータを炭化し、その後に導電性高分子層を形成している。炭化されたセルロース系セパレータは、耐酸化性が高まり重合液の酸化剤との反応性が低下し、また、セパレータを構成するセルロース繊維が炭化により細り、セパレータの空隙が増加するため、水分散液の含浸性も向上する。
【0011】
しかしながら、炭化処理を行うことにより製造工数が増加し、また工程も複雑になる。加えて、炭化処理によりセルロースが熱分解するため、セパレータの物理的強度も低下する。
このようなセルロース系セパレータの課題を解決するため、非炭化で使用可能なセパレータとして、合成樹脂繊維を用いたもの、セルロース系繊維と合成樹脂繊維とを混合し用いたもの等が提案されている。
【0012】
合成樹脂繊維を用いたセパレータは、非炭化であっても、導電性高分子の重合を阻害せず、導電性高分子との親和性を考慮した材料を選定することで、水分散液の含浸性も向上する。更に、導電性高分子との化学的安定性を考慮した材料を選定することで、固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサとした際の性能安定化も図ることができる。
【0013】
更に、上述したように、近年では固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサの車載用途での使用も増加している。自動車に用いられる部品は、高温環境下で外部からの振動や衝撃が加えられる場合があり、そこで用いられるコンデンサには過酷な環境下においても長期間に渡って耐え得るような高い信頼性が要求される。そのため、車載用コンデンサに用いられるセパレータは、より高い電気特性に加えて、より高い耐熱性および耐振動性が求められる。
【0014】
これまでに、融点、軟化温度、耐酸化性の高い合成樹脂繊維を用いた固体電解コンデンサ用セパレータとして、ポリエステル系繊維を用いたセパレータ(特許文献1)、アクリル系繊維を用いたセパレータ(特許文献2)、ポリアミド系繊維を用いたセパレータ(特許文献3および4)等が提案されており、固体電解コンデンサの高耐熱化に寄与している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0015】
【特許文献1】特開2009−99652
【特許文献2】特開2006−344742
【特許文献3】特開2004−165593
【特許文献4】特開2002−252147
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
特許文献1では、PET(ポリエチレンテレフタレート)からなるセパレータを用いた固体電解コンデンサが提案されている。このセパレータを用いることで、更なる高容量化、低ESR化、高耐電圧化を図ると共に、低コスト化をも実現することが可能とされている。しかしながら、特許文献1のような合成短繊維のみからなるセパレータを用いた固体電解コンデンサにおいては、緻密性が不足し、近年求められる要求に対して、ショート不良率の低減を満足できないといった課題があった。
【0017】
特許文献2では、フィブリル化アクリル繊維を含有させたセパレータを用いた電解コンデンサが提案されている。このセパレータを用いることで、ショート不良率を改善するとともに、高温下で高耐電圧化が可能になり、同一サイズでも容量をアップしてESRを改善した電解コンデンサを提供する技術が開示されている。しかしながら、特許文献2のようなフィブリル化繊維を含有させたセパレータを用いた固体電解コンデンサにおいては、セパレータの緻密性が高くなり過ぎ、近年求められる要求に対して、初期ESRの低減を満足できないといった課題があった。
【0018】
特許文献3では、半芳香族ポリアミド樹脂からなる繊維を含有させたセパレータを用いた固体電解コンデンサが提案されている。このセパレータを用いることで、電解質の保持性、ハンダリフロー後の高周波域でのESR特性を満足させることができる固体電解コンデンサを提供する技術が開示されている。しかしながら、特許文献3のような含浸性の良いセパレータを用いた固体電解コンデンサにおいても、さらなる初期ESRの低減とショート不良率の低減が求められており、セパレータにはさらなる含浸性の向上と緻密性の向上の両立が求められている。
【0019】
特許文献4では、アラミド繊維を主成分とするセパレータを用いた電解コンデンサが提案されている。このセパレータを用いることで、巻回型のコンデンサ素子に電解質を含浸する前に約150℃〜約300℃の熱処理を施しても、コンデンサ素子のセパレータが低密度化せず、コンデンサ素子の巻きズレが抑制されると共に、陽極リード線と陰極リード線との間隔変動が抑制される電解コンデンサを提供する技術が開示されている。しかしながら、特許文献4のようなアラミド繊維を主成分とするセパレータを用いた固体電解コンデンサにおいても、緻密性が不足し、近年求められる要求に対して、ショート不良率の低減が求められている。
【0020】
このように、従来のセパレータは、近年求められる、更なるESRの低減およびショート不良率の低減の要求に応えることができないという問題があった。
また、近年、固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサの適用範囲拡大に伴い、固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサには、一層の信頼性向上が求められている。
【0021】
例えば、上述の通り、自動車に用いられる固体電解コンデンサでは、エンジンルーム周辺等の苛酷な高温環境下において、走行やエンジンの駆動等による振動に耐え、不良のないことが求められる。
【0022】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサに用いることで、初期ESRおよびショート不良率の低減、並びに、苛酷な環境下において長期間の使用に耐え得る信頼性を向上させることが出来るセパレータ及び該セパレータを用いた固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0023】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための一手段として例えば以下の構成を備える。
即ち、一対の電極の間に介在するアルミニウム電解コンデンサ用セパレータであって、合成樹脂繊維を含有し、空隙率が65〜85%、平均孔径が0.5〜25.0μm、クラークこわさが1〜10cm3/100であることを特徴とする。
【0024】
そして例えば、前記合成樹脂繊維はポリアミド繊維であることを特徴とする。
また例えば、前記合成樹脂繊維はフィブリル化繊維であることを特徴とする。
セパレータとして、上記のセパレータを用いたことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
そして例えば、
前記アルミニウム電解コンデンサは、陰極材料に導電性高分子を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0025】
本発明によれば、上記した課題を解決する構成を備えることにより、適度なしなやかさを有したセパレータが得られる。このセパレータを用いることで、コンデンサの信頼性向上にも寄与できる。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
本願発明者らは、固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサを耐熱性および耐振動性が要求される用途を模して試験していたとき、特許文献1〜5のような従来のセパレータを用いた固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサでは、試験後に抵抗が増大するリスクがあることが明らかとなった。
【0027】
抵抗が増大した固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサを調べると、コンデンサ素子内の導電性高分子が崩落し、導電性高分子層の連続性が欠落したことが原因であることが判明した。これは、固体である導電性高分子層が振動で揺すられ、破損したことが原因と考えられる。
【0028】
以上の結果を踏まえて、本発明の実施の形態においては、固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサの導電性高分子層の連続性に注目し、セパレータの曲げ剛性を制御した。
【0029】
この結果、適度なしなやかさを有したセパレータが得られ、当該セパレータを用いたアルミニウム電解コンデンサによれば、高温や振動に対する信頼性を向上したアルミニウム電解コンデンサが提供できる。
【0030】
実際の製造工程において、巻き取り時に一定のテンションを加えて巻回するコンデンサの素子巻は、セパレータと電極箔とを巻回した後に、テープで固定して作製される。このため、コンデンサ素子を構成しているセパレータや電極箔には常に一定のテンションがかかった状態であることから、コンデンサ素子には素子巻の内側から外側へ向けて反発する力が常に加わっていることとなる。
【0031】
本発明者らが鋭意検討した結果、自動車電装用部品が晒されるような高温および高振動環境下において、高温環境下ではセパレータを構成する材料に収縮や脆化等の変化が生じる場合や、高振動環境下では巻回状態にズレ等の変化が生じる場合がある。これに素子巻の内側から外側へ向けて反発する力が加わることで、セパレータ内部、あるいはセパレータと箔との界面において、形成した導電性高分子層が破損し、その連続性が低下することを見出した。従って、この点を解決することにより、形成した導電性高分子層の破損を防止し、その連続性の低下を防止することが出来ることを見出した。
【0032】
導電性高分子を保持したセパレータが、セパレータを構成する材料の収縮や脆化等の変化や巻回状態にズレ等の変化が生じた際にも、素子の内側から外側へ向けて反発する力を逃がす緩衝材のように働けば、セパレータ内部あるいはセパレータと箔との界面に形成された導電性高分子が崩落せず、コンデンサのESR特性に寄与する導電性高分子層の連続性が維持できることを見出した。このためには、セパレータには適度なしなやかさが必要であり、セパレータの弾性率、つまり曲げ剛性が重要であることを見出した。
曲げ剛性を最適に制御することにより、適度なしなやかさを有したセパレータを得ることができた。
【0033】
また、本発明に係る実施の形態では、セパレータの空隙率を65〜85%、平均孔径を0.5〜25.0μmに制御することで、セパレータの内部構造が過度に緻密、又は疎になることがない。
【0034】
導電性高分子の重合液および分散液は、セパレータの繊維構造を介して含浸され、重合・乾燥することで、繊維表面に導電性高分子層が形成される。セパレータの空隙率及び平均孔径を上記範囲とすることで、セパレータ内部の繊維同士の間隙を適切に保ち、電子伝導経路となる導電性高分子層を連続的に形成することができる。従って、アルミニウム電解コンデンサの初期ESRの低減およびショート不良率の低減に寄与できるセパレータと出来る。
【0035】
更に、電子伝導経路を連続的に形成させるということは、低ESR化に寄与しない不連続な導電性高分子を減少させることになる。つまり、より少量の導電性高分子保持量でも目的の初期ESR特性を満足させやすくなるため、コンデンサ製造時の工数削減や部材使用量削減にも寄与できる可能性がある。
【0036】
空隙率、平均孔径、クラークこわさを所定の範囲とすることで、均質な紙層構造、かつ、適度なしなやかさを有する本発明のセパレータを用いた固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサは、初期のESR、ショート不良率が低いだけでなく、高温、高振動のような、近年要求される過酷な使用環境であっても、特性の劣化を抑制でき、固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサの信頼性向上に寄与できる。
【0037】
更に、上記したセパレータに、ポリアミド繊維を含有することで、セパレータの耐熱性を更に高めることができ、このセパレータを用いた固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサの信頼性を更に向上させることができる。
【0038】
本発明の実施の形態に係るセパレータは、一対の電極の間に介在するアルミニウム電解コンデンサ用セパレータであって、該セパレータの空隙率を65〜85%、平均孔径を0.5〜25.0μm、クラークこわさを1〜10cm3/100に制御することで特に良好な結果が得られる。
【0039】
本発明の実施の形態においては、セパレータの剛性を、クラークこわさを用いて測定している。クラークこわさは、試験片のこわさ(剛性)が試験片の自重に勝って反り返る力をはかるものである。
セパレータのクラークこわさが10cm3/100を超過する程高いと、セパレータは曲げに対し剛直であることを意味し、巻回状態において内側から外側へ向けて反発する力が強すぎて、緩衝材の役割を果たさず、高温や高振動環境下で導電性高分子が崩落し、導電性高分子層の連続性が低下する。
【0040】
一方、セパレータのクラークこわさが1cm3/100未満では、詳細は不明であるが、緊張状態である素子巻が緩みやすくなり、上述同様に緩衝材の役割を果たさず、高温や高振動環境下で導電性高分子が崩落し、導電性高分子層の連続性が低下する。
【0041】
コンデンサの素子巻内部では、セパレータや電極箔には、用いられる素材そのものにより、強弱の違いはあるにせよ、常に内側から外側へ向けて反発する力が加わっている。このため、外力による変形の程度を示すこわさや剛性の指標ではなく、試験片自体が有する力を測定するクラークこわさを採用することにより、優れたセパレータを提供できる。
【0042】
また、セパレータの空隙率は、65〜85%の範囲であり、70〜80%の範囲がより好ましい。
空隙率が65%未満では、繊維同士の間隙が過度に緻密になり、導電性高分子の重合液や分散液の含浸性が悪化し、固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサとしたときのESRを低減できない。また、セパレータの見かけ密度が上がることになり、クラークこわさが高くなる傾向がある。
【0043】
空隙率が85%を超過すると、導電性高分子の重合液や分散液は十分含浸できるが、導電性高分子層が十分に形成されていれば、抵抗は一定以上に低くならないため、過剰に導電性高分子の重合液や分散液を含浸させる必要はない。更に、導電性高分子の重合液や分散液を過剰に含浸させることは、部材使用量の増加に繋がり、コンデンサのコストが上昇する。また、空隙率が高すぎると、繊維同士の間隙が過剰に広く、含浸時に毛細管現象が働きにくくなり、コンデンサ製作時の生産性が低下する。更にまた、緻密性が低いため、電極箔のバリ等がセパレータを貫通しやすくなり、ショート不良率が高くなる場合がある。
【0044】
そして、セパレータの平均孔径を0.5〜25.0μmの範囲とすることで、固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサとしたときの導電性高分子層の連続性を担保できる。
平均孔径が0.5μm未満では、セパレータが過度に緻密であるため、導電性高分子の基を含浸させにくく、導電性高分子の連続性を担保しにくくなり、初期ESRを十分に低減できない。また、平均孔径が25.0μmを超過すると、セパレータの緻密性が不足し、電極箔のバリ等がセパレータを貫通しやすくなるため、ショート不良を低減できない。
【0045】
セパレータを構成する繊維種は、化学的安定性、物理的安定性、取扱い容易性等から、合成樹脂繊維を含有していることが好ましい。合成樹脂繊維の中でも、高耐熱性の要求を考慮すると、ポリアミド繊維、中でも、アラミド繊維が好ましい。更に、耐ショート性の要求を考慮すると、用いる繊維はフィブリル化した繊維であることが好ましく、セパレータの空隙率、平均孔径、クラークこわさを満足できれば、合成樹脂繊維のバインダー効果の有無は特に限定はない。
【0046】
また、用いるフィブリル化繊維の繊維長は、セパレータの空隙率、平均孔径、クラークこわさを考慮して任意の繊維長とできるが、長さ加重平均繊維長が0.3〜1.0mmの範囲であり、かつ、0.1〜1.2mmの繊維の含有割合が80%以上である繊維が30質量%以上含有されていれば、セパレータの空隙率、平均孔径、クラークこわさを好ましい範囲としやすい。上記範囲のフィブリル化繊維を用いたセパレータは、セパレータを過度に緻密化させることなく、耐ショート性を向上させることができる。
【0047】
更にまた、セパレータの形成時の必要性や、取扱時の機械強度を考慮して、例えば、ポリビニルアルコール繊維のような湿熱融着樹脂やポリアクリルアミドのような紙力増強剤をバインダー材料として用いることができる。所望のセパレータの空隙率、平均孔径、クラークこわさを満足できればバインダー材料の含有量に特に限定はないが、30質量%程度までであれば、導電性高分子の重合液や分散液の含浸性に影響を与えにくい。
【0048】
シート状のものは、一般的に、厚さが厚くなるほど曲げ剛性が高く、薄くなるほど剛性が低くなる傾向がある。このため、本発明の実施の形態のセパレータの厚さは、20〜70μmの範囲が好ましい。しかしながら、所望のクラークこわさを得られる範囲であれば任意の厚さを設定して問題ない。
【0049】
本発明の実施の形態では、セパレータの密度は、セパレータ空隙率、平均孔径、クラークこわさを考慮して任意の密度とできる。一般的には、0.20〜0.50g/cm3程度の密度であれば、セパレータの空隙率、平均孔径、クラークこわさを好ましい範囲としやすい。
【0050】
本発明の実施の形態例において、セパレータは抄紙法を用いて形成した湿式不織布を採用した。セパレータの抄紙形式は、空隙率や平均孔径、クラークこわさを満足することができれば特に限定はなく、長網抄紙や短網抄紙、円網抄紙といった抄紙形式が使用できる。またこれらの抄紙法によって形成された層を複数合わせたものであってもよい。更に、抄紙に際しては、コンデンサ用セパレータに影響を与えない程度の不純物含有量であれば、分散剤や消泡剤、紙力増強剤等の添加剤を加えてもよく、紙層形成後に紙力増強加工、親液加工、カレンダ加工、エンボス加工等の後加工を施してもよい。
【0051】
ただし、抄紙法による湿式不織布に限定するものではなく、製膜法で用いられるような、繊維分散液をキャスティングにより製膜する等の方法でも問題はない。
そして、本実施の形態のアルミニウム電解コンデンサは、セパレータとして上記構成のセパレータを用いて、一対の電極の間にセパレータを介在させ、陰極材料として導電性高分子を使用した。
【0052】
以上の構成を採用した本発明の実施の形態のセパレータを用いた固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサは、導電性高分子が十分に含浸でき、導電性高分子層の連続性も高く、更に、高温や高振動環境下であっても、導電性高分子層の連続性が維持できる。つまり、初期特性が良好なだけでなく、過酷な環境下での使用であっても特性を維持できる、信頼性の高いコンデンサとできる。
【0053】
〔セパレータの特性の測定方法〕
本実施の形態のセパレータの各特性の具体的な測定は、以下の条件および方法で行った。
〔厚さ〕
「JIS C 2300−2 『電気用セルロース紙−第2部:試験方法』 5.1 厚さ」に規定された、「5.1.1 測定器および測定方法 a外側マイクロメータを用いる場合」のマイクロメータを用いて、「5.1.3 紙を折り重ねて厚さを測る場合」の10枚に折り重ねる方法で、セパレータの厚さを測定した。
【0054】
〔密度〕
「JIS C 2300−2 『電気用セルロース紙-第2部:試験方法』 7.0A 密度」のB法に規定された方法で、絶乾状態のセパレータの密度を測定した。
【0055】
〔空隙率〕
以下の式1により、セパレータの空隙率を求めた。
(セパレータの真比重−セパレータ密度)/セパレータの真比重×100(%) 式1
例えば、密度0.4g/cm3のセルロースのみからなるセパレータの空隙率は、以下のようにして求めた。
【0056】
本実施の形態例では、セルロースの真比重を1.5とし、上記式1にあてはめ、
(1.5−0.4)/1.5×100=73.3(%)となる。
また例えば、比重1.2の合成樹脂繊維を30質量%、比重1.5のセルロース繊維を70質量%含有する密度0.45g/cm3のセパレータでは、セパレータの比重は1.5×0.7+1.2×0.3= 1.41となる。そして上記式1にあてはめ、空隙率は(1.41−0.45)/1.41×100=68.1(%)となる。
【0057】
〔平均孔径〕
CFP−1200−AEXL−ESA(Porous Materials,Inc.社製)を用いてバブルポイント法(ASTM F316−86、JIS K3832)により測定される孔径分布から、セパレータの平均孔径(μm)を求めた。なお、試験液としてGALWICK(Porous Materials,Inc社製)を用いている。
【0058】
〔クラークこわさ〕
「JIS P 8143 『紙−こわさ試験方法−クラークこわさ試験方法』」に規定された方法で、セパレータのクラークこわさを測定した。試験片は、セパレータが製造される方向(MD)を長辺とし、長さ250mm、幅30mmとした。
【0059】
〔長さ加重平均繊維長・0.1〜1.2mmの繊維の含有割合〕
長さ加重平均繊維長および0.1〜1.2mmの繊維の含有割合は、「JIS P 8226−2『パルプ−光学的自動分析法による繊維長測定方法 第2部:非偏光法』(ISO16065−2『Pulps−Determination of Fiber length by automated optical analysis−Part2:Unpolarized light method』)」に記載された装置、ここではkajaaniFiberLab(メッツォオートメーション株式会社製)を用いて長さ荷重平均繊維長を測定し、更に0.05〜7.6mmの範囲での長さ加重平均繊維長分布から0.1〜1.2mmの繊維の含有割合を算出した。
【0060】
〔固体電解コンデンサの製作工程〕
以下に示す各実施例、比較例、従来例のセパレータを用いて定格電圧35V、静電容量100μF、直径10.0mm×高さ10.0mmと、定格電圧80V、静電容量47μF、直径10.0mm×高さ10.0mmとの二種類の固体電解コンデンサを作製した。
【0061】
具体的な作製方法は、以下の通りである。
エッチング処理および酸化皮膜形成処理を行った陽極箔と陰極箔とが接触しないようにセパレータを介在させて巻回し、テープで固定してコンデンサ素子を作製した。作製したコンデンサ素子は、再化成処理後、乾燥した。
【0062】
定格電圧35Vの固体電解コンデンサの場合には、コンデンサ素子に導電性高分子重合液を含浸後、加熱・重合させ、溶媒を乾燥させて導電性高分子を形成した。定格電圧80Vの固体電解コンデンサの場合には、コンデンサ素子に導電性高分子分散液を含浸後、加熱・乾燥させて導電性高分子を形成した。
次に、所定のケースにコンデンサ素子を入れ、開口部を封口後、エージングを行い、それぞれの固体電解コンデンサを得た。
【0063】
〔ハイブリッド電解コンデンサの製作工程〕
各実施例、比較例、従来例のセパレータを用いて定格電圧35V、静電容量270μF、直径10.0mm×高さ10.5mmと、定格電圧125V、静電容量10μF、直径10.0mm×高さ10.5mmとの二種類のハイブリッド電解コンデンサを作製した。
【0064】
具体的な作製方法は、以下の通りである。
エッチング処理および酸化皮膜形成処理を行った陽極箔と陰極箔とが接触しないようにセパレータを介在させて巻回し、テープで固定してコンデンサ素子を作製した。作製したコンデンサ素子は、再化成処理後、乾燥した。
【0065】
定格電圧35Vのハイブリッド電解コンデンサの場合には、コンデンサ素子に導電性高分子重合液を含浸後、加熱・重合させ、溶媒を乾燥させて導電性高分子を形成した。定格電圧125Vのハイブリッド電解コンデンサの場合には、コンデンサ素子に導電性高分子分散液を含浸後、加熱・乾燥させて導電性高分子を形成した。
続けて、上記コンデンサ素子に駆動用電解液を含浸させ、所定のケースにコンデンサ素子を入れ、開口部を封口後、エージングを行い、それぞれのハイブリッド電解コンデンサを得た。
【0066】
〔アルミニウム電解コンデンサの評価方法〕
本実施の形態のアルミニウム電解コンデンサの具体的な性能評価は、以下の条件および方法で行った。
〔初期ESR〕
作製したコンデンサ素子のESRは、温度20℃、周波数100kHzの条件にてLCRメータを用いて測定した。
【0067】
〔ショート不良率〕
ショート不良率は、巻回したコンデンサ素子を用いて、エージング中に生じたショート不良数を計数し、ショート不良となった素子数を、エージングを実施したコンデンサ素子数で除して、百分率をもってショート不良率とした。
〔高温負荷試験後のESR上昇率〕
高温負荷試験後ESRは、150℃、500時間加熱処理した後に、温度20℃、周波数100kHzの条件にてLCRメータを用いて測定した。
この高温負荷試験後ESRを、高温負荷試験前のESRで除して、高温負荷試験後のESR上昇率を算出した。
【0068】
〔振動試験後のESR上昇率〕
「JIS C 60068‐2‐6 4.17 『環境試験方法‐電気・電子‐2‐6部:正弦波振動試験方法(試験記号:Fc)』」を参考に、振動試験後ESRは、周波数10〜2000Hz、全振幅1.5mm、振動方向は互いに直角な3方向に各2時間、合計6時間の振動試験を実施した後に、温度20℃、周波数100kHzの条件にてLCRメータを用いて測定した。
この振動試験後ESRを、振動試験前のESRで除して、振動試験後のESR上昇率を算出した。
【0069】
〔実施例〕
以下、本発明に係る実施の形態におけるセパレータの具体的な実施例等について説明する。
〔実施例1〕
フィブリル化アラミド繊維60質量%と、フィブリル化ポリアリレート繊維25質量%と、ポリビニルアルコール15質量%とを混合した原料を用いて円網抄紙し、実施例1のセパレータを得た。
完成した実施例1のセパレータ厚さは60μm、密度は0.200g/cm3、空隙率は85.0%、平均孔径は12.0μm、クラークこわさは2.0cm3/100であった。
【0070】
〔実施例2〕
フィブリル化アラミド繊維70質量%と、フィブリル化ポリアミドイミド繊維20質量%と、ポリアクリルアミド10質量%とを混合した原料を用いて円網抄紙し、実施例2のセパレータを得た。
完成した実施例2のセパレータ厚さは40μm、密度は0.484g/cm3、空隙率は65.0%、平均孔径は10.0μm、クラークこわさは8.0cm3/100であった。
【0071】
〔実施例3〕
フィブリル化アラミド繊維40質量%と、フィブリル化ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維35質量%と、ポリビニルアルコール25質量%とを混合した原料を用いて円網抄紙し、実施例3のセパレータを得た。
完成した実施例3のセパレータ厚さは35μm、密度は0.284g/cm3、空隙率は80.0%、平均孔径は17.0μm、クラークこわさは4.0cm3/100であった。
【0072】
〔実施例4〕
フィブリル化アラミド繊維100質量%の原料を用いて円網抄紙し、実施例4のセパレータを得た。
完成した実施例4のセパレータ厚さは30μm、密度は0.420g/cm3、空隙率は70.0%、平均孔径は8.0μm、クラークこわさは7.5cm3/100であった。
【0073】
〔実施例5〕
フィブリル化アラミド繊維40質量%と、フィブリル化アクリル繊維60質量%とを混合した原料を用いて円網抄紙し、実施例5のセパレータを得た。
完成した実施例5のセパレータ厚さは50μm、密度は0.215g/cm3、空隙率は83.0%、平均孔径は25.0μm、クラークこわさは9.0cm3/100であった。
【0074】
〔実施例6〕
フィブリル化アラミド繊維85質量%と、ポリアクリルアミド15質量%とを混合した原料を用いて円網抄紙し、実施例6のセパレータを得た。
完成した実施例6のセパレータ厚さは45μm、密度は0.405g/cm3、空隙率は70.4%、平均孔径は0.5μm、クラークこわさは5.0cm3/100であった。
【0075】
〔実施例7〕
フィブリル化アラミド繊維40質量%と、フィブリル化アクリル繊維40質量%と、ポリビニルアルコール20質量%とを混合した原料を用いて円網抄紙し、実施例7のセパレータを得た。
完成した実施例7のセパレータ厚さは70μm、密度は0.378g/cm3、空隙率は70.6%、平均孔径は20.0μm、クラークこわさは10.0cm3/100であった。
【0076】
〔実施例8〕
フィブリル化アラミド繊維50質量%と、フィブリル化セルロース繊維45質量%と、ポリビニルアルコール5質量%とを混合した原料を用いて円網抄紙し、実施例8のセパレータを得た。
完成した実施例8のセパレータ厚さは20μm、密度は0.269g/cm3、空隙率は81.3%、平均孔径は12.0μm、クラークこわさは1.0cm3/100であった。
【0077】
〔実施例9〕
フィブリル化アラミド繊維30質量%と、フィブリル化セルロース繊維70質量%とを混合した原料を用いて円網抄紙し、実施例9のセパレータを得た。
完成した実施例9のセパレータ厚さは40μm、密度は0.354g/cm3、空隙率は75.9%、平均孔径は5.0μm、クラークこわさは7.0cm3/100であった。
【0078】
〔実施例10〕
フィブリル化アラミド繊維70質量%と、ポリビニルアルコール30質量%とを混合した原料を用いて円網抄紙し、実施例10のセパレータを得た。
完成した実施例10のセパレータ厚さは30μm、密度は0.304g/cm3、空隙率は77.6%、平均孔径は2.0μm、クラークこわさは1.5cm3/100であった。
【0079】
〔参考例〕
フィブリル化アラミド繊維65質量%と、ポリビニルアルコール35質量%とを混合した原料を用いて円網抄紙し、参考例のセパレータを得た。
完成した参考例のセパレータ厚さは30μm、密度は0.325g/cm3、空隙率は75.9%、平均孔径は1.8μm、クラークこわさは2.0cm3/100であった。
【0080】
〔比較例1〕
フィブリル化アラミド繊維50質量%と、フィブリル化セルロース繊維45質量%と、ポリビニルアルコール5質量%とを混合した原料を用いて円網抄紙し、比較例1のセパレータを得た。
完成した比較例1のセパレータ厚さは50μm、密度は0.246g/cm3、空隙率は82.9%、平均孔径は30.0μm、クラークこわさは5.0cm3/100であった。
【0081】
〔比較例2〕
フィブリル化アラミド繊維85質量%と、ポリアクリルアミド15質量%とを混合した原料を用いて円網抄紙し、比較例2のセパレータを得た。
完成した比較例2のセパレータ厚さは15μm、密度は0.303g/cm3、空隙率は78.0%、平均孔径は0.1μm、クラークこわさは0.5cm3/100であった。
【0082】
〔比較例3〕
フィブリル化アラミド繊維20質量%と、フィブリル化セルロース繊維80質量%とを混合した原料を用いて円網抄紙し、比較例3のセパレータを得た。
完成した比較例3のセパレータ厚さは75μm、密度は0.421g/cm3、空隙率は71.6%、平均孔径は22.0μm、クラークこわさは15.0cm3/100であった。
【0083】
〔従来例1〕
特許文献1の実施例1に記載の方法と同様の方法で製造したセパレータを作製し、従来例1のセパレータとした。
従来例1のセパレータはポリエチレンテレフタレート繊維100質量%からなり、厚さは40μm、密度は0.450g/cm3、空隙率は67.4%、平均孔径は27.0μm、クラークこわさは0.8cm3/100であった。
【0084】
〔従来例2〕
特許文献2の実施例1に記載の方法と同様の方法で製造したセパレータを作製し、従来例2のセパレータとした。
従来例2のセパレータはフィブリル化アクリル繊維90質量%と、ホモアクリル繊維10質量%とを含有し、厚さは40μm、密度は0.550g/cm3、空隙率は53.4%、平均孔径は3.0μm、クラークこわさは11.0cm3/100であった。
【0085】
〔従来例3〕
特許文献3の実施例1に記載の方法と同様の方法で製造したセパレータを作製し、従来例3のセパレータとした。
従来例3のセパレータはナイロン9MT繊維70質量%と、ポリビニルアルコール30質量%とを含有し、厚さは40μm、密度は0.273g/cm3、空隙率は79.7%、平均孔径は26.0μm、クラークこわさは13.0cm3/100であった。
【0086】
〔従来例4〕
特許文献4の実施例1に記載の方法と同様の方法で製造したセパレータを作製し、従来例4のセパレータとした。
従来例4のセパレータはアラミド繊維100質量%からなり、厚さは40μm、密度は0.180g/cm3、空隙率は87.1%、平均孔径は18.0μm、クラークこわさは14.0cm3/100であった。
【0087】
以上に記載した実施例1〜10、参考例、比較例1〜3、従来例1〜4の各セパレータの原材料と配合ついて表1に示し、各セパレータ単体の評価結果を表2に示す。
表1は以上に説明した実施例1〜10、参考例、比較例1〜3、従来例1〜4の各セパレータの原材料と配合例である。
【0088】
【表1】
【0089】
表2は以上の説明した実施例1〜10、参考例、比較例1〜3、従来例1〜4の各セパレータの評価結果を示す表である。
【表2】
【0090】
各実施例、参考例、各比較例、各従来例のセパレータを用いて作製したアルミニウム電解コンデンサは、低電圧用の定格電圧35Vの固体電解コンデンサと、高電圧用の定格電圧80Vの固体電解コンデンサとを作製した。
また、ハイブリッド電解コンデンサとして低電圧用の定格電圧35Vのコンデンサと、高電圧用の定格電圧125Vのコンデンサとを作製した。
【0091】
また、上記各セパレータを用いた固体電解コンデンサの性能評価結果を表3に示し、上記各セパレータを用いたハイブリッド電解コンデンサの性能評価結果を表4に示す。
【0092】
表3は実施例1〜10、参考例、比較例1〜3、従来例1〜4の各セパレータを用いた固体電解コンデンサの性能評価結果を示す表である。
【表3】
【0093】
表4は実施例1〜10、参考例、比較例1〜3、従来例1〜4の各セパレータを用いたハイブリッド電解コンデンサの性能評価結果を示す表である。
【表4】
以下、各実施例、参考例、各比較例、各従来例のセパレータを用いた電解コンデンサの評価結果を詳細に説明する。
【0094】
〔実施例1のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが22mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.3%、振動試験後のESRの変化率が1.7%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが44mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.8%、振動試験後のESRの変化率が1.8%であった。
【0095】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが23mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が4.0%、振動試験後のESRの変化率が1.5%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが88mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が3.2%、振動試験後のESRの変化率が1.2%であった。
【0096】
〔実施例2のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが23mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.1%、振動試験後のESRの変化率が4.4%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが45mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.1%、振動試験後のESRの変化率が3.6%であった。
【0097】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが23mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.0%、振動試験後のESRの変化率が3.1%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが87mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が3.0%、振動試験後のESRの変化率が4.3%であった。
【0098】
〔実施例3のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが19mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が4.0%、振動試験後のESRの変化率が1.5%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが40mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.4%、振動試験後のESRの変化率が1.3%であった。
【0099】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが20mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.8%、振動試験後のESRの変化率が1.8%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが80mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が3.5%、振動試験後のESRの変化率が1.1%であった。
【0100】
〔実施例4のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが20mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.8%、振動試験後のESRの変化率が2.0%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが39mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.6%、振動試験後のESRの変化率が1.2%であった。
【0101】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが20mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.6%、振動試験後のESRの変化率が1.4%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが79mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が2.8%、振動試験後のESRの変化率が1.4%であった。
【0102】
〔実施例5のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが22mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.7%、振動試験後のESRの変化率が4.9%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが44mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.1%、振動試験後のESRの変化率が4.3%であった。
【0103】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが22mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.3%、振動試験後のESRの変化率が4.1%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが87mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が3.0%、振動試験後のESRの変化率が4.3%であった。
【0104】
〔実施例6のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが20mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.6%、振動試験後のESRの変化率が1.6%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが40mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.8%、振動試験後のESRの変化率が1.5%であった。
【0105】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが19mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.5%、振動試験後のESRの変化率が1.5%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが80mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が3.1%、振動試験後のESRの変化率が1.6%であった。
【0106】
〔実施例7のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが19mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.6%、振動試験後のESRの変化率が4.6%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが40mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.8%、振動試験後のESRの変化率が4.3%であった。
【0107】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが20mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.9%、振動試験後のESRの変化率が4.5%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが79mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が3.2%、振動試験後のESRの変化率が4.2%であった。
【0108】
〔実施例8のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが22Ω、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.3%、振動試験後のESRの変化率が3.4%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが44mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.8%、振動試験後のESRの変化率が3.8%であった。
【0109】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが22mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.8%、振動試験後のESRの変化率が3.5%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが87mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が3.9%、振動試験後のESRの変化率が4.2%であった。
【0110】
〔実施例9のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが19mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.1%、振動試験後のESRの変化率が1.8%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが39mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.8%、振動試験後のESRの変化率が2.0%であった。
【0111】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが19mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.6%、振動試験後のESRの変化率が1.0%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが79mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が3.1%、振動試験後のESRの変化率が1.9%であった。
【0112】
〔実施例10のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが19mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.5%、振動試験後のESRの変化率が1.5%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが39mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.0%、振動試験後のESRの変化率が1.6%であった。
【0113】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが19mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.4%、振動試験後のESRの変化率が1.5%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが79mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が2.1%、振動試験後のESRの変化率が1.0%であった。
【0114】
〔参考例のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが25mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.3%、振動試験後のESRの変化率が1.3%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが48mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.9%、振動試験後のESRの変化率が1.9%であった。
【0115】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが26mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.5%、振動試験後のESRの変化率が1.1%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが95mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が2.5%、振動試験後のESRの変化率が1.8%であった。
【0116】
〔比較例1のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが23mΩ、ショート不良率が1.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.7%、振動試験後のESRの変化率が1.4%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが45mΩ、ショート不良率が1.2%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.7%、振動試験後のESRの変化率が1.5%であった。
【0117】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが23mΩ、ショート不良率が1.1%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.8%、振動試験後のESRの変化率が1.1%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが88mΩ、ショート不良率が1.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が2.1%、振動試験後のESRの変化率が1.9%であった。
【0118】
〔比較例2のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが28mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.4%、振動試験後のESRの変化率が15.0%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが52mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.1%、振動試験後のESRの変化率が18.1%であった。
【0119】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが29mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.6%、振動試験後のESRの変化率が23.7%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが104mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が3.6%、振動試験後のESRの変化率が16.1%であった。
【0120】
〔比較例3のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが20mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.9%、振動試験後のESRの変化率が15.7%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが40mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.1%、振動試験後のESRの変化率が16.2%であった。
【0121】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが20mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.4%、振動試験後のESRの変化率が22.4%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが80mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が3.8%、振動試験後のESRの変化率が23.9%であった。
【0122】
〔従来例1のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが20mΩ、ショート不良率が1.1%、高温負荷試験後のESRの変化率が17.0%、振動試験後のESRの変化率が15.3%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが40mΩ、ショート不良率が1.1%、高温負荷試験後のESRの変化率が23.2%、振動試験後のESRの変化率が15.7%であった。
【0123】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが20mΩ、ショート不良率が1.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が17.2%、振動試験後のESRの変化率が20.6%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが80mΩ、ショート不良率が1.2%、高温負荷試験後ESR上昇率が23.3%、振動試験後のESRの変化率が20.3%であった。
【0124】
〔従来例2のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが28mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が15.6%、振動試験後のESRの変化率が14.5%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが53mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が19.4%、振動試験後のESRの変化率が16.2%であった。
【0125】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが28mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が23.9%、振動試験後のESRの変化率が17.4%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが105mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が20.8%、振動試験後のESRの変化率が19.3%であった。
【0126】
〔従来例3のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが25mΩ、ショート不良率が0.5%、高温負荷試験後のESRの変化率が10.3%、振動試験後のESRの変化率が14.4%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが48mΩ、ショート不良率が0.5%、高温負荷試験後のESRの変化率が10.5%、振動試験後のESRの変化率が19.2%であった。
【0127】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが26mΩ、ショート不良率が0.5%、高温負荷試験後のESRの変化率が10.8%、振動試験後のESRの変化率が15.2%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが96mΩ、ショート不良率が0.5%、高温負荷試験後ESR上昇率が10.6%、振動試験後のESRの変化率が17.0%であった。
【0128】
〔従来例4のセパレータ使用〕
固体電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが20mΩ、ショート不良率が1.2%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.3%、振動試験後のESRの変化率が19.3%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが40mΩ、ショート不良率が1.1%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.6%、振動試験後のESRの変化率が15.1%であった。
【0129】
ハイブリッド電解コンデンサ
定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが20mΩ、ショート不良率が1.2%、高温負荷試験後のESRの変化率が3.4%、振動試験後のESRの変化率が20.1%であった。
定格電圧80Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが80mΩ、ショート不良率が1.0%、高温負荷試験後ESR上昇率が3.7%、振動試験後のESRの変化率が15.7%であった。
【0130】
表3及び以上から明らかなように、実施例1〜10のセパレータを用いた定格電圧35Vの固体電解コンデンサは、初期ESRが19〜23mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.1〜4.0%、振動試験後のESRの変化率が1.5〜4.9%と低い。
【0131】
同セパレータを用いた定格電圧80Vの固体電解コンデンサも初期ESRが39〜45mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.0〜3.8%、振動試験後のESRの変化率が1.2〜4.3%と低い。
【0132】
また、表4及び以上から明らかなように、実施例1〜10のセパレータを用いた定格電圧35Vのハイブリッド電解コンデンサにおいても、初期ESRが19〜23mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.0〜4.0%、振動試験後のESRの変化率が1.0〜4.5%と低い。
【0133】
同セパレータを用いた定格電圧125Vのハイブリッド電解コンデンサも初期ESRが79〜88mΩ、ショート不良率が0.0%、高温負荷試験後のESRの変化率が2.1〜3.9%、振動試験後のESRの変化率が1.0〜4.3%と低い。
【0134】
実施例1〜10のセパレータの空隙率は65〜85%、平均孔径は0.5〜25.0μm、クラークこわさは1〜10cm3/100であった。このことから、セパレータの空隙率、平均孔径、クラークこわさを上記範囲とすることで、フィブリル化繊維を用いた緻密なセパレータでありながら、セパレータの含浸性を維持しつつ、適度なしなやかさをセパレータに付与することができる。
すなわち、セパレータに遮蔽性を維持させたまま、導電性高分子層を連続的に形成させることができるため、コンデンサの初期ESR特性およびショート不良率を改善し、かつ、過酷な使用環境であっても特性の劣化を抑制することが可能となる。
【0135】
参考例のセパレータを用いた固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサは、各実施例と比べ、初期ESRが高くなっている。これは、参考例のセパレータはバインダー材料としてポリビニルアルコール繊維を35質量%含有しており、ポリビニルアルコールがセパレータを構成する繊維間の間隙を埋めるように膜状化したため、導電性高分子の重合液や分散液の含浸を阻害し、導電性高分子層の連続性が若干低下したことが原因と考えられる。実施例10と参考例の比較から、湿熱融着樹脂や紙力増強剤等のバインダー材料は30質量%までであれば、コンデンサのESRを低減できることが明らかとなった。
【0136】
比較例1のセパレータは、平均孔径が30.0μmと大きい。比較例1のセパレータを用いた固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサは、各実施例と比べ、ショート不良率が高くなっている。これは、比較例1のセパレータの平均孔径が大きく、セパレータの緻密性が不足したため、電極箔のバリ等がセパレータを貫通しやすくなり、耐ショート性が低くなったことが原因であると考えられる。各実施例と比較例1の比較から、セパレータの平均孔径は25.0μm以下が好ましいとわかる。
【0137】
比較例2のセパレータは、平均孔径が0.1μmであり、クラークこわさが0.5cm3/100である。比較例2のセパレータを用いた固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサは、各実施例と比べ、初期ESRが高く、振動試験後のESRの変化率が高くなっている。
【0138】
これは、比較例2のセパレータの平均孔径が小さく、セパレータが過度に緻密となったため、導電性高分子の重合液や分散液の含浸を阻害し、導電性高分子の連続性が低下したため、初期ESRが高くなったと考えられる。また、クラークこわさが低いことから、緊張状態である素子巻が緩みやすくなり、セパレータが緩衝材としての役割を果たさず、振動環境下で導電性高分子が崩落し、導電性高分子層の連続性が低下したことが考えられる。比較例2と各実施例との比較から、平均孔径は0.5μm以上、クラークこわさは1cm3/100以上が好ましいとわかる。
【0139】
比較例3のセパレータは、クラークこわさが15.0cm3/100である。比較例3のセパレータを用いた固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサは、振動試験後のESRの変化率が高くなっている。これは、比較例2のセパレータのクラークこわさが高く、巻回状態において素子巻の内側から外側へ向けて反発する力が強すぎて、セパレータが緩衝材の役割を果たさず、振動環境下で導電性高分子が崩落し、導電性高分子の連続性が低下したことが考えられる。比較例3と各実施例とから、クラークこわさは10cm3/100以下が好ましいとわかる。
【0140】
従来例1のセパレータを用いた固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサの性能と比較し、各実施例はショート不良率、高温負荷試験後のESRの変化率、振動試験後のESRの変化率が低い。これは、従来例1のセパレータは、平均孔径が27.0μmと大きく、クラークこわさが0.8cm3/100と低く、セパレータの緻密性の不足と、素子巻の緩みからの導電性高分子の崩落が、ショート不良率の低減と振動試験後のESRの変化率の低減を達成できない原因であると考えられる。
【0141】
更に、従来例1のセパレータは、非フィブリル化繊維であるポリエチレンテレフタレート繊維のみで構成されているセパレータであり、緻密性および耐熱性が不足したことが、ショート不良率の低減と高温負荷試験後のESRの変化率の低減を達成できない原因であると考えられる。
【0142】
従来例2のセパレータを用いた固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサの性能と比較し、各実施例は初期ESR、高温負荷試験後のESRの変化率、振動試験後のESRの変化率が低い。これは、従来例2のセパレータは、空隙率が53.4%と低く、クラークこわさが11.0cm3/100と高いため、繊維同士の間隙が過度に緻密であり、導電性高分子の重合液や分散液の含浸性が悪化したことと、巻回状態において素子巻の内側から外側へ向けて反発する力が強すぎたことが、初期ESRの低減と振動試験後のESRの変化率の低減を達成できない原因であると考えることができる。
【0143】
更に、従来例2のセパレータは、フィブリル化アクリル繊維とホモアクリル繊維で構成されているセパレータであり、耐熱性が不足したことが、高温負荷試験後のESRの変化率の低減を達成できない原因であると考えられる。
【0144】
従来例3のセパレータを用いた固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサの性能と比較し、各実施例は初期ESR、ショート不良率、高温負荷試験後のESRの変化率、振動試験後のESRの変化率の何れもが低い。これは、従来例3のセパレータは、平均孔径が26.0μmと大きく、クラークこわさが13.0cm3/100と高いため、セパレータの緻密性が不足したことと、巻回状態において素子巻の内側から外側へ向けて反発する力が強すぎたことが、ショート不良率の低減と振動試験後のESRの変化率の低減を達成できない原因であると考えられる。
【0145】
更に、従来例3のセパレータは、非フィブリル化繊維であるナイロン9MT繊維を含有しているため、含浸性、緻密性および耐熱性が不足したことが、初期ESRの低減、ショート不良率の低減および高温負荷試験後のESRの変化率の低減を達成できない原因であると考えられる。
【0146】
従来例4のセパレータを用いた固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサの性能と比較し、各実施例はショート不良率、振動試験後のESRの変化率の何れもが低い。これは、従来例4のセパレータは、空隙率が87.1%と高く、クラークこわさが14.0cm3/100と高いため、セパレータの緻密性が不足したことと、巻回状態において素子巻の内側から外側へ向けて反発する力が強すぎたことが、ショート不良率の低減と振動試験後のESRの変化率の低減を達成できない原因であると考えられる。更に、従来例4のセパレータは、非フィブリル化繊維であるアラミド繊維のみで構成されているセパレータであり、緻密性が不足したことも、ショート不良率の低減を達成できない原因であると考えられる。
【0147】
そして、各実施例、参考例、各比較例および各従来例の比較から、セパレータの空隙率は65〜85%の範囲が好ましいとわかる。更に、実施例3、4、6、7、9および10から、空隙率は70〜80%の範囲がさらに好ましいとわかる。
【0148】
そしてまた、各実施例、参考例、各比較例および各従来例の比較から、セパレータのクラークこわさは1〜10cm3/100の範囲が好ましいとわかる。更にまた、実施例1、3、4、6、9、10、参考例1、比較例1から、クラークこわさは、1.5〜7.0cm3/100の範囲がより好ましいとわかる。
【0149】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、セパレータの空隙率を65〜85%、平均孔径を0.5〜25.0μm、クラークこわさを1〜10cm3/100に制御することで、均質な紙層構造、かつ、適度なしなやかさを有するセパレータとすることができ、本発明のセパレータを用いた固体電解コンデンサは、初期のESR、ショート不良率が低いだけでなく、高温、高振動のような、近年要求される過酷な使用環境であっても、特性の劣化を抑制でき、固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサの信頼性向上に寄与できる。
【要約】
【課題】
固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサに用いることで、初期ESRおよびショート不良率の低減、並びに、苛酷な環境下において長期間の使用に耐え得る信頼性を向上させることが出来るセパレータ及び該セパレータを用いた固体電解コンデンサおよびハイブリッド電解コンデンサを提供することを目的とする。
【解決手段】
一対の電極の間に介在するアルミニウム電解コンデンサ用セパレータであって、該セパレータは空隙率が65〜85%、平均孔径が0.5〜25.0μm、クラークこわさが1〜10cm3/100であることを特徴とする。
前記セパレータは上記構成の不織布であり、ポリアミド繊維を含有することを特徴とする。
更に、前記セパレータを用いたことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサとする。
更に、前記アルミニウム電解コンデンサは、陰極材料に導電性高分子を用いたことを特徴とする。
【選択図】 なし