特開 2022-178322 電解コンデンサ、及び電解コンデンサの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022178322

(43)【公開日】2022-12-02

(54)【発明の名称】電解コンデンサ、及び電解コンデンサの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01G 9/035 20060101AFI20221125BHJP

   H01G 9/145 20060101ALI20221125BHJP

   H01G 9/00 20060101ALI20221125BHJP

【ＦＩ】

H01G9/035

H01G9/145

H01G9/00 290C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021085055

(22)【出願日】2021-05-20

(71)【出願人】

【識別番号】000190091

【氏名又は名称】ルビコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001726

【氏名又は名称】特許業務法人綿貫国際特許・商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】大島 芳崇

(72)【発明者】

【氏名】飯島 聡

(57)【要約】

【課題】従来よりも液漏れ抑制効果を高めつつ、低ＥＳＲにできる構成の電解コンデンサを提供する。
【解決手段】電解コンデンサ１は、巻回型のコンデンサ素子２と、コンデンサ素子２に導入された電解液２ｅを備え、電解液２ｅは、酸アニオンと四級化環状アミジニウムカチオンとで構成された四級化環状アミジニウム塩と、一種以上の有機酸と一種以上の非四級アミンからなる第１組成物であって前記非四級アミンの共役酸のｐＫａは１２以下である前記第１組成物を含有しており、前記四級化環状アミジニウム塩は、前記四級化環状アミジニウムカチオンにおける原子のうち環を構成するすべての窒素原子にアルキル基が付加されている構成である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回されたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子に導入された電解液を備え、前記電解液は、酸アニオンと四級化環状アミジニウムカチオンとで構成された四級化環状アミジニウム塩と、一種以上の有機酸と一種以上の非四級アミンからなる第１組成物であって前記非四級アミンの共役酸のｐＫａは１２以下である前記第１組成物を含有しており、前記四級化環状アミジニウム塩は、前記四級化環状アミジニウムカチオンにおける原子のうち環を構成するすべての窒素原子にアルキル基が付加されていること
を特徴とする電解コンデンサ。

【請求項2】

前記四級化環状アミジニウムカチオンのモル数に対する前記非四級アミンのモル数のモル比は０．２以上であること
を特徴とする請求項１記載の電解コンデンサ。

【請求項3】

前記電解液は、γ－ブチロラクトンが５０重量％以上含有されており、前記四級化環状アミジニウム塩が１５重量％以上含有されており、前記第１組成物が５重量％以上含有されていること
を特徴とする請求項１または２記載の電解コンデンサ。

【請求項4】

前記第１組成物における前記非四級アミンのうち少なくとも一種は三級アミンであること
を特徴とする請求項１～３のいずれか一項記載の電解コンデンサ。

【請求項5】

陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回されたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子に導入された電解液を備えた電解コンデンサの製造方法であって、
酸アニオンと四級化環状アミジニウムカチオンとで構成された四級化環状アミジニウム塩を有機溶媒に含有させた第１溶液を調製する第１ステップと、
一種以上の有機酸と一種以上の非四級アミンからなる第１組成物であって前記非四級アミンの共役酸のｐＫａは１２以下である前記第１組成物を前記第１溶液に加えることで前記電解液における前記四級化環状アミジニウムカチオンのモル数に対する前記非四級アミンのモル数のモル比を上げる方向に調整する第２ステップを有すること
を特徴とする電解コンデンサの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電解コンデンサ、及び電解コンデンサの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、１，５－ジアザビシクロ[４，３，０]－５－ノネン・フタル酸塩とＮ，Ｎ－ジメチルアミノエタノール・フタル酸塩等を配合した電解液を用いた構成が提案されている（特許文献１：特開２０１２－１５１３７７号公報）。また、四級化アミジニウム塩系電解液にスルホランを配合した構成が提案されている（特許文献２：特開平１１－１２６７３２号公報）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１５１３７７号公報

【特許文献2】特開平１１－１２６７３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１記載の構成は電解液の比抵抗が高くて、低ＥＳＲ化の要求には応えられなかった。また、特許文献２記載の構成は液漏れ抑制効果が小さくて、高信頼性の要求に十分に応えられなかった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明はこのような事情に鑑みてなされ、低ＥＳＲにできるとともに、従来よりも液漏れ抑制効果を高めることができる構成の電解コンデンサを提供することを目的とする。

【0006】

一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。

【0007】

本発明の電解コンデンサは、陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回されたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子に導入された電解液を備え、前記電解液は、酸アニオンと四級化環状アミジニウムカチオンとで構成された四級化環状アミジニウム塩と、一種以上の有機酸と一種以上の非四級アミンからなる第１組成物であって前記非四級アミンの共役酸のｐＫａは１２以下である前記第１組成物を含有しており、前記四級化環状アミジニウム塩は、前記四級化環状アミジニウムカチオンにおける原子のうち環を構成するすべての窒素原子にアルキル基が付加されていることを特徴とする。

【0008】

本発明者らは、特定の電解液を使用した場合に、低ＥＳＲにできるとともに、液漏れ抑制効果が大きいことを見出して、本発明を完成するに至った。この構成によれば、四級化環状アミジニウム塩を含有する電解液の低比抵抗特性によって低ＥＳＲにできるとともに、第１組成物を含有する電解液によって良好な耐液漏れ性が得られる。つまり、共役酸のｐＫａが小さい非四級アミンを用いたことで、液漏れ性に対する四級化環状アミジニウム塩の影響が抑えられて良好な耐液漏れ性が得られる。前記非四級アミンの共役酸のｐＫａは１２以下であり、好ましくは前記非四級アミンの共役酸のｐＫａは１１以下であり、より好ましくは前記非四級アミンの共役酸のｐＫａは１０以下である。

【0009】

前記四級化環状アミジニウム塩は、前記四級化環状アミジニウムカチオンにおける原子のうち環を構成するすべての窒素原子にアルキル基が付加されている。この構成により、電解液を低比抵抗にできる。そのようなカチオン成分としては、一例として、１，２，３，４－テトラメチルイミダゾリニウムカチオン、その他既知の四級化イミダゾリニウムカチオン、その他既知の四級化イミダゾリウムカチオン、等が挙げられる。これらのうちの一種を単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。また、電解液の比抵抗をより低くして電解コンデンサの低ＥＳＲ特性により貢献させるために、四級化環状アミジニウム塩を２０[重量％]以上含有してもよく、２５[重量％]以上含有してもよい。他方、電解液は、四級化環状アミジニウム塩の割合と第１組成物の割合との合計値が６０[重量％]以下であることが好ましく、５０[重量％]以下であることがより好ましい。これにより、低温域で電解液成分の一部が析出してしまう現象を防止できる。

【0010】

前記四級化環状アミジニウムカチオンのモル数に対する前記非四級アミンのモル数のモル比は０．２以上であることが好ましい。前記モル比を大きくすることで、液漏れ性に対する四級化環状アミジニウム塩の影響が抑えられて良好な耐液漏れ性が得られる。前記モル比は０．３以上がより好ましい。前記モル比は０．４以上がより一層好ましい。

【0011】

一例として、前記電解液は、γ－ブチロラクトンが５０重量％以上含有されており、前記四級化環状アミジニウム塩が１５重量％以上含有されており、前記第１組成物が５重量％以上含有されている構成である。これにより、低温域における比抵抗の増大を効果的に抑制できる。一例として、電解液の溶媒は、γ－ブチロラクトン単独にしてもよい。

【0012】

四級化環状アミジニウム塩としては、一例として、カルボン酸アニオンと四級化環状アミジニウムカチオンとの塩が挙げられる。また、フタル酸等の多価カルボン酸のアニオンと四級化環状アミジニウムカチオンとの塩を好適に使用できる。

【0013】

第１組成物を構成する有機酸としては、一例としてカルボン酸が挙げられ、特に、フタル酸、アジピン酸、アゼライン酸等の多価カルボン酸を好適に使用できる。これらのうちの一種を単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。

【0014】

第１組成物を構成する非四級アミンとしては、一例として、トリエチルアミン、エチルジメチルアミン等の三級アミンが挙げられる。また、三級アミン、二級アミン、一級アミンのうちの一種を単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。前記第１組成物は三級アミン塩を含有していることが好ましい。前記第１組成物における前記非四級アミンのうち少なくとも一種は三級アミンであることが好ましい。

【0015】

本発明の電解コンデンサの製造方法は、陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回されたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子に導入された電解液を備えた電解コンデンサの製造方法であって、酸アニオンと四級化環状アミジニウムカチオンとで構成された四級化環状アミジニウム塩を有機溶媒に含有させた第１溶液を調製する第１ステップと、一種以上の有機酸と一種以上の非四級アミンからなる第１組成物であって前記非四級アミンの共役酸のｐＫａは１２以下である前記第１組成物を前記第１溶液に加えることで前記電解液における前記四級化環状アミジニウムカチオンのモル数に対する前記非四級アミンのモル数のモル比を上げる方向に調整する第２ステップを有することを特徴とする。

【0016】

この製造方法によれば、第１溶液における四級化環状アミジニウム塩の濃度を下げる方向に調製し所望の電解液を調整できる。そして、四級化環状アミジニウム塩を含有する電解液の低比抵抗特性によって低ＥＳＲにできるとともに、第１組成物を含有する電解液によって良好な耐液漏れ性が得られる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、四級化環状アミジニウム塩を含有する電解液の低比抵抗特性によって低ＥＳＲにできるとともに、第１組成物を含有する電解液によって良好な耐液漏れ性が得られる。したがって、低ＥＳＲであり、かつ、良好な耐液漏れ性を有し、信頼性を高めた構成の電解コンデンサが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は本発明の実施形態に係る電解コンデンサの概略構造を側面側から示す部分断面図である。

【図2】図２Ａはリード端子と陽極箔並びにリード端子と陰極箔との位置関係を示す概略の図であり、図２Ｂは陽極箔、第１セパレータ、陰極箔、第２セパレータの順に重ねて巻回している状態の概略の図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態について詳しく説明する。電解コンデンサ１は、図１、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、電解液２ｅが導入されている巻回型のコンデンサ素子２と、リード端子５およびリード端子６と、貫通穴が二箇所に形成された封口体３と、コンデンサ素子２を収納する有底形状のケース４とを備えており、ケース４の開口側が封口体３によって封止されている構成である。封口体３は、水分の浸入や酸化皮膜修復物質の飛散を防止するために高気密性を有し、ケース４の内側形状に合わせた略円柱形状になっている。ケース４はアルミニウム等の金属を加工し成形しており、封口体３は絶縁性ゴム組成物からなる。

【0020】

陽極箔２ａはアルミニウム等の弁金属からなり、表面はエッチング処理により粗面化された後、化成処理によって酸化皮膜が形成されている。陰極箔２ｃはアルミニウム等の弁金属からなり、表面はエッチング処理により粗面化された後、自然酸化または化成処理によって酸化皮膜が形成されている。

【0021】

陽極箔２ａと陰極箔２ｃとの間には第１セパレータ２ｄ１または第２セパレータ２ｄ２が配されている。第１セパレータ２ｄ１並びに第２セパレータ２ｄ２は、天然繊維や化学繊維を含む紙、不織布等が使用できる。天然繊維の原料としては、一例として、木材、マニラ麻、エスパルト等が挙げられる。化学繊維としては、一例として、レーヨン等が挙げられ、再生繊維を用いる場合もある。

【0022】

図２Ｂに示すように、コンデンサ素子２は、酸化皮膜が形成された陽極箔２ａ、第１セパレータ２ｄ１、陰極箔２ｃ、第２セパレータ２ｄ２の順に重ねられ巻回される。そして、コンデンサ素子２に電解液２ｅが含浸される。

【0023】

一例として、電解液２ｅは、有機溶媒としてγ－ブチロラクトンを含有し、酸アニオンと四級化環状アミジニウムカチオンとが等モルで構成された四級化環状アミジニウム塩を１５[重量％]以上含有し、一種以上の有機酸と一種以上の非四級アミンからなる第１組成物を５[重量％]以上含有し、かつ、前記四級化環状アミジニウム塩を含有し前記第１組成物を含有しない基準電解液におけるγ－ブチロラクトンの一部を同じ重量割合の前記第１組成物に置き換えて比抵抗を高くした構成である。つまり、電解液２ｅの比抵抗は、前記基準電解液の比抵抗よりも高くなる。

【0024】

続いて、電解液の例Ａ～Ｄについて、以下に説明する。

【0025】

[電解液の例Ａ]
γ－ブチロラクトンを７５[重量％]含有し、酸アニオンと四級化環状アミジニウムカチオンとが等モルで構成された四級化環状アミジニウム塩を２５[重量％]含有している構成である。四級化環状アミジニウム塩は、フタル酸と１，２，３，４－テトラメチルイミダゾリニウムとの塩である。スルホランは含有していない。第１組成物は含有していない。

【0026】

[電解液の例Ｂ]
γ－ブチロラクトンを６０[重量％]含有し、スルホランを１５[重量％]含有し、酸アニオンと四級化環状アミジニウムカチオンとが等モルで構成された四級化環状アミジニウム塩を２５[重量％]含有している構成である。四級化環状アミジニウム塩は、フタル酸と１，２，３，４－テトラメチルイミダゾリニウムとの塩である。第１組成物は含有していない。

【0027】

[電解液の例Ｃ]
γ－ブチロラクトンを６５[重量％]含有し、酸アニオンと四級化環状アミジニウムカチオンとが等モルで構成された四級化環状アミジニウム塩を２５[重量％]含有し、フタル酸とトリエチルアミンとが等モルで構成された第１組成物を１０[重量％]含有している構成である。四級化環状アミジニウム塩は、フタル酸と１，２，３，４－テトラメチルイミダゾリニウムとの塩である。電解液の例Ｃは、電解液の例Ａを基準電解液として当該基準電解液におけるγ－ブチロラクトンの一部を同じ重量割合の前記第１組成物に置き換えて比抵抗を当該基準電解液の約１．２倍にした構成である。γ－ブチロラクトンを含有し、四級化環状アミジニウム塩を含有した第１溶液を用意し、その後、第１組成物を構成するフタル酸とトリエチルアミンを前記第１溶液に加えることで、電解液の例Ｃを調製した。

【0028】

[電解液の例Ｄ]
γ－ブチロラクトンを６０[重量％]含有し、酸アニオンと四級化環状アミジニウムカチオンとが等モルで構成された四級化環状アミジニウム塩を２５[重量％]含有し、フタル酸とトリエチルアミンとが等モルで構成された第１組成物を１５[重量％]含有している構成である。四級化環状アミジニウム塩は、フタル酸と１，２，３，４－テトラメチルイミダゾリニウムとの塩である。電解液の例Ｄは、電解液の例Ａを基準電解液として当該基準電解液におけるγ－ブチロラクトンの一部を同じ重量割合の前記第１組成物に置き換えて比抵抗を当該基準電解液の約１．３倍にした構成である。γ－ブチロラクトンを含有し、四級化環状アミジニウム塩を含有した第１溶液を用意し、その後、第１組成物を構成するフタル酸とトリエチルアミンを前記第１溶液に加えることで、電解液の例Ｄを調製した。

【0029】

続いて、コンデンサ素子の例Ｅ～Ｇについて、以下に説明する。

【0030】

[コンデンサ素子の例Ｅ]
陽極箔２ａおよび陰極箔２ｃはアルミニウム製であり、第１セパレータ２ｄ１および第２セパレータ２ｄ２はレーヨンが６０[重量％]以上含有されている。陽極箔２ａの厚さは９０[μｍ]であり、陰極箔２ｃの厚さは５０[μｍ]であり、第１セパレータ２ｄ１の厚さは４０[μｍ]であり、第２セパレータ２ｄ２の厚さは４０[μｍ]である。陽極箔２ａと第１セパレータ２ｄ１と陰極箔２ｃと第２セパレータ２ｄ２の厚さの合計は２２０[μｍ]である。

【0031】

[コンデンサ素子の例Ｆ]
陽極箔２ａおよび陰極箔２ｃはアルミニウム製であり、第１セパレータ２ｄ１および第２セパレータ２ｄ２はレーヨンが９５[重量％]以上含有されている。陽極箔２ａの厚さは８０[μｍ]であり、陰極箔２ｃの厚さは５０[μｍ]であり、第１セパレータ２ｄ１の厚さは２５[μｍ]であり、第２セパレータ２ｄ２の厚さは２５[μｍ]である。陽極箔２ａと第１セパレータ２ｄ１と陰極箔２ｃと第２セパレータ２ｄ２の厚さの合計は１８０[μｍ]である。

【0032】

[コンデンサ素子の例Ｇ]
陽極箔２ａおよび陰極箔２ｃはアルミニウム製であり、第１セパレータ２ｄ１および第２セパレータ２ｄ２はレーヨンが９５[重量％]以上含有されている。陽極箔２ａの厚さは６０[μｍ]であり、陰極箔２ｃの厚さは４０[μｍ]であり、第１セパレータ２ｄ１の厚さは２５[μｍ]であり、第２セパレータ２ｄ２の厚さは２５[μｍ]である。陽極箔２ａと第１セパレータ２ｄ１と陰極箔２ｃと第２セパレータ２ｄ２の厚さの合計は１５０[μｍ]である。

【0033】

続いて、電解液の例Ａ～Ｄとコンデンサ素子の例Ｅ～Ｇとを組み合わせて、定格電圧３５[Ｖ]、静電容量３３[μＦ]の電解コンデンサを１０個ずつ試作した。そして、温度２５[℃]、周波数１００[ｋＨｚ]におけるＥＳＲを測定して平均値を算出し、その後、温度８５[℃]、湿度８５[％ＲＨ]の恒温恒湿槽に入れて、定格電圧３５[Ｖ]を印加する負荷試験を１，０００[時間]実施し、試験後における液漏れの有無を確認した。性能評価結果を次の表１に示す。

【0034】

【表1】

【0035】

表１によれば、電解液の例Ａまたは電解液の例Ｂを用いた参考例１～３は、いずれも液漏れが発生した。これに対して、電解液の例Ｃまたは電解液の例Ｄを用いた実施例１～６は、いずれも液漏れは発生しなかった。よって、第１組成物を含有する電解液２ｅに調製することで良好な耐液漏れ性が得られることが確認できた。低ＥＳＲに関しては、いずれも達成できており、特に、コンデンサ素子の例Ｆまたはコンデンサ素子の例Ｇを用いることでコンデンサ素子の例Ｅを用いた構成よりも低ＥＳＲになり、また、コンデンサ素子の例Ｇを用いることでコンデンサ素子の例Ｆを用いた構成よりもさらに低ＥＳＲになることが確認できた。

【0036】

実施例１～６について、引き続き、温度８５[℃]、湿度８５[％ＲＨ]の恒温恒湿槽に入れて、定格電圧３５[Ｖ]を印加する負荷試験を合計４，８００[時間]実施して、液漏れが発生しないことを確認した。したがって、第１組成物を含有する電解液２ｅによる耐液漏れ性向上作用の効果は顕著である。

【0037】

上記に加えて、陽極箔２ａと第１セパレータ２ｄ１と陰極箔２ｃと第２セパレータ２ｄ２の厚さの合計を１８５[μｍ]以下にすることで、特に、低ＥＳＲにできる。さらに、陽極箔２ａと第１セパレータ２ｄ１と陰極箔２ｃと第２セパレータ２ｄ２の厚さの合計を１５５[μｍ]以下にすることで、より一層、低ＥＳＲにできる。

【0038】

本発明は、上述の実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。

【符号の説明】

【0039】

１ 電解コンデンサ
２ コンデンサ素子
２ａ 陽極箔
２ｃ 陰極箔
２ｅ 電解液
３ 封口体
４ ケース
５ リード端子
６ リード端子

【図1】

【図2】