JP7054859B2 - Electrolytic capacitor - Google Patents
Electrolytic capacitor Download PDFInfo
- Publication number
- JP7054859B2 JP7054859B2 JP2017178199A JP2017178199A JP7054859B2 JP 7054859 B2 JP7054859 B2 JP 7054859B2 JP 2017178199 A JP2017178199 A JP 2017178199A JP 2017178199 A JP2017178199 A JP 2017178199A JP 7054859 B2 JP7054859 B2 JP 7054859B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- acid
- sulfonic acid
- electrolytic capacitor
- capacitor according
- anode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Description
本発明は、固体電解質層と電解液を有する電解コンデンサに関する。 The present invention relates to an electrolytic capacitor having a solid electrolyte layer and an electrolytic solution.
小型かつ大容量でESR(等価直列抵抗)の低いコンデンサとして、誘電体層を形成した陽極体と、誘電体層の少なくとも一部を覆うように形成された固体電解質層と、電解液とを具備する、電解コンデンサが有望視されている。 As a small-sized, large-capacity capacitor with low ESR (equivalent series resistance), it includes an anode having a dielectric layer, a solid electrolyte layer formed to cover at least a part of the dielectric layer, and an electrolytic solution. Electrolyte capacitors are seen as promising.
固体電解質層には、ドーパントを付与したπ共役系導電性高分子が用いられている。ドーパントは、電解液中に徐々に抜け出す脱ドープ現象を生じることが知られている。これにより、導電性高分子の経時的な劣化が生じて、電解コンデンサのESRが徐々に増大する。そこで、特許文献1では、電解液に酸成分を含ませている。
For the solid electrolyte layer, a π-conjugated conductive polymer to which a dopant is added is used. Dopants are known to cause a dedoping phenomenon that gradually escapes into the electrolytic solution. This causes deterioration of the conductive polymer over time, and the ESR of the electrolytic capacitor gradually increases. Therefore, in
電解液中の酸成分は、導電性高分子からの脱ドープ現象を抑制するとともに、誘電体層の自己修復性を向上する作用を有する。その一方で、酸成分は、誘電体層さらには陽極体を腐食させる場合がある。誘電体層が腐食すると、リーク電流が大きくなる。 The acid component in the electrolytic solution has an effect of suppressing the dedoping phenomenon from the conductive polymer and improving the self-repairing property of the dielectric layer. On the other hand, the acid component may corrode the dielectric layer and even the anode. When the dielectric layer is corroded, the leakage current increases.
上記に鑑み、本発明の一局面は、誘電体層を有する陽極体と、前記誘電体層に接触した固体電解質層と、電解液と、を備え、前記固体電解質層は、π共役系導電性高分子と、第1スルホン酸と、を含み、前記誘電体層は、タンタル、ニオブ、チタンおよびタングステンよりなる群から選択される少なくとも1種の酸化物を含み、前記電解液は、溶媒および酸成分を含み、前記酸成分は、第2スルホン酸を含む、電解コンデンサに関する。 In view of the above, one aspect of the present invention includes an anode having a dielectric layer, a solid electrolyte layer in contact with the dielectric layer, and an electrolytic solution, and the solid electrolyte layer is π-conjugated conductive. The dielectric layer comprises a polymer and a first sulfonic acid, the dielectric layer comprises at least one oxide selected from the group consisting of tantalum, niobium, titanium and tungsten, and the electrolyte is a solvent and an acid. Containing a component, said acid component relates to an electrolytic capacitor containing a second sulfonic acid.
本発明によれば、リーク電流が小さく、かつ低ESRの電解コンデンサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electrolytic capacitor having a small leakage current and a low ESR.
本実施形態に係る電解コンデンサは、誘電体層を有する陽極体と、誘電体層に接触した固体電解質層と、電解液とを備える。誘電体層は、タンタル、ニオブ、チタンおよびタングステンよりなる群から選択される少なくとも1種の酸化物を含む。固体電解質層は、π共役系導電性高分子(以下、単に導電性高分子とも称する。)と、第1スルホン酸とを含む。電解液は、溶媒および酸成分を含み、酸成分は、第2スルホン酸を含む。 The electrolytic capacitor according to the present embodiment includes an anode having a dielectric layer, a solid electrolyte layer in contact with the dielectric layer, and an electrolytic solution. The dielectric layer contains at least one oxide selected from the group consisting of tantalum, niobium, titanium and tungsten. The solid electrolyte layer contains a π-conjugated conductive polymer (hereinafter, also simply referred to as a conductive polymer) and a first sulfonic acid. The electrolytic solution contains a solvent and an acid component, and the acid component contains a second sulfonic acid.
第1スルホン酸は、導電性高分子のドーパントとして機能する。第1スルホン酸は、アニオンの状態で固体電解質層に含まれてもよい。一方、電解液中の第2スルホン酸は、固体電解質層からの第1スルホン酸の脱ドープ現象を抑制し、導電性高分子の導電性を安定化させる作用を有する。また、導電性高分子から第1スルホン酸が脱ドープした場合でも、脱ドープ跡のサイトに第2スルホン酸が再ドープされるため、ESRが増大しにくい。電解液中のカルボン酸には、このような再ドープの作用は見られない。更に、第2スルホン酸は、弱酸性を示す酸成分に比べて安定である。加えて、第2スルホン酸によって、誘電体層の自己修復性能が向上する。よって、第2スルホン酸を電解液に含ませることで、高温下でも電解コンデンサのESRを低く維持することができる。 The first sulfonic acid functions as a dopant of the conductive polymer. The first sulfonic acid may be contained in the solid electrolyte layer in the form of an anion. On the other hand, the second sulfonic acid in the electrolytic solution has an effect of suppressing the dedoping phenomenon of the first sulfonic acid from the solid electrolyte layer and stabilizing the conductivity of the conductive polymer. Further, even when the first sulfonic acid is dedoped from the conductive polymer, the second sulfonic acid is redoped into the site of the dedoped trace, so that the ESR is unlikely to increase. The carboxylic acid in the electrolytic solution does not have such a redoping effect. Furthermore, the second sulfonic acid is more stable than the acid component showing weak acidity. In addition, the second sulfonic acid improves the self-healing performance of the dielectric layer. Therefore, by including the second sulfonic acid in the electrolytic solution, the ESR of the electrolytic capacitor can be maintained low even at a high temperature.
一方、スルホン酸は強酸であるため、誘電体層や陽極体を腐食させ易い。そこで、誘電体層に、タンタル、ニオブ、チタンおよびタングステンよりなる群から選択される少なくとも1種の酸化物を含ませる。弁作用金属のなかでも、タンタル、ニオブ、チタンおよびタングステンは、耐腐食性に優れる。耐腐食性に優れる弁作用金属(以下、耐腐食金属と称す場合がある。)を用いて、誘電体層の腐食を抑制することにより、第2スルホン酸の上記の作用が最大限に発揮される。その結果、リーク電流およびESRの増大を抑制する効果がさらに向上する。 On the other hand, since sulfonic acid is a strong acid, it easily corrodes the dielectric layer and the anode. Therefore, the dielectric layer is impregnated with at least one oxide selected from the group consisting of tantalum, niobium, titanium and tungsten. Among the valve acting metals, tantalum, niobium, titanium and tungsten have excellent corrosion resistance. By suppressing the corrosion of the dielectric layer by using a valve acting metal having excellent corrosion resistance (hereinafter, may be referred to as a corrosion resistant metal), the above-mentioned action of the second sulfonic acid is maximized. Ru. As a result, the effect of suppressing the increase in leakage current and ESR is further improved.
電解液に溶解させる酸成分は、電解液の粘度を過度に大きくすることがなく、電解液中で解離し易く、溶媒中を移動しやすいアニオンを生成することが望ましい。一方、固体電解質層に含まれる第1スルホン酸は、固体電解質層の内部で大きく移動せず、脱ドープ現象を生じにくいことが望ましい。以上より、第2スルホン酸の分子量は、第1スルホン酸の分子量よりも小さいことが望ましい。このとき、第1スルホン酸よりも分子量の小さい第2スルホン酸は、第1スルホン酸の脱ドープ跡のサイトに侵入しやすく、再ドープがスムーズに進行する。 It is desirable that the acid component to be dissolved in the electrolytic solution does not excessively increase the viscosity of the electrolytic solution, and easily dissociates in the electrolytic solution to generate an anion that easily moves in the solvent. On the other hand, it is desirable that the first sulfonic acid contained in the solid electrolyte layer does not move significantly inside the solid electrolyte layer, and the dedoping phenomenon is unlikely to occur. From the above, it is desirable that the molecular weight of the second sulfonic acid is smaller than the molecular weight of the first sulfonic acid. At this time, the second sulfonic acid having a molecular weight smaller than that of the first sulfonic acid easily invades the site of the dedoped trace of the first sulfonic acid, and the redoped proceeds smoothly.
(誘電体層)
誘電体層は、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、チタン(Ti)およびタングステン(W)の耐腐食金属よりなる群から選択される少なくとも1種の酸化物を含む。酸化物は、耐腐食金属の合金の酸化物であってもよい。例えば、耐腐食金属と、ケイ素、バナジウム、ホウ素等とを含む合金を用いることができる。また、耐腐食金属と窒素等の典型元素とを含む化合物を用いてもよい。耐腐食金属の合金は、耐腐食金属を主成分とし、耐腐食金属を50原子%以上含むことが好ましい。
(Dielectric layer)
The dielectric layer contains at least one oxide selected from the group consisting of corrosion resistant metals of tantalum (Ta), niobium (Nb), titanium (Ti) and tungsten (W). The oxide may be an oxide of an alloy of corrosion resistant metals. For example, an alloy containing a corrosion resistant metal and silicon, vanadium, boron and the like can be used. Further, a compound containing a corrosion resistant metal and a typical element such as nitrogen may be used. The corrosion-resistant metal alloy preferably contains a corrosion-resistant metal as a main component and contains 50 atomic% or more of the corrosion-resistant metal.
(陽極体)
陽極体も、上記耐腐食金属の少なくとも1種を含むことが好ましく、上記のような合金であってもよい。陽極体は、例えば、耐腐食金属の粒子を焼結して得られる多孔質焼結体である。
(Anode)
The anode body also preferably contains at least one of the above corrosion resistant metals, and may be an alloy as described above. The anode is, for example, a porous sintered body obtained by sintering particles of corrosion-resistant metal.
この場合、耐腐食金属の酸化物を含む誘電体層は、例えば、化成液中に、上記耐腐食金属の少なくとも1種を含む陽極体を浸漬して、陽極体の表面を陽極酸化する方法や、陽極体を、酸素を含む雰囲気下で加熱する方法により、形成される。 In this case, the dielectric layer containing the oxide of the corrosion-resistant metal is, for example, a method of immersing an anode body containing at least one of the corrosion-resistant metals in a chemical conversion solution to anodize the surface of the anode body. , The anode is formed by a method of heating in an atmosphere containing oxygen.
(第1スルホン酸)
第1スルホン酸としては、脂肪族スルホン酸、芳香族スルホン酸、高分子スルホン酸などを用いることができる。中でも、低分子量の第2スルホン酸の再ドープが進行しやすく、かつ脱ドープ現象を生じにくい点で、高分子スルホン酸が最も好ましい。
(First sulfonic acid)
As the first sulfonic acid, aliphatic sulfonic acid, aromatic sulfonic acid, high molecular weight sulfonic acid and the like can be used. Among them, the high molecular weight sulfonic acid is most preferable because the redoping of the low molecular weight second sulfonic acid is easy to proceed and the dedoping phenomenon is unlikely to occur.
脂肪族スルホン酸としては、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、イソプロピルスルホン酸、ブタンスルホン酸、イソブチルスルホン酸、t-ブチルスルホン酸、ペンタンスルホン酸、イソペンチルスルホン酸、ヘキサンスルホン酸、ノナンスルホン酸、デカンスルホン酸、ウンデカンスルホン酸、ドデカンスルホン酸、トリデカンスルホン酸、テトラデカンスルホン酸、n-オクチルスルホン酸、セチルスルホン酸、10-カンファスルホン酸などの1価飽和脂肪族スルホン酸;エチレンスルホン酸、1-プロペン-1-スルホン酸などの1価不飽和脂肪族スルホン酸;メチオン酸、1,1-エタンジスルホン酸、1,2-エタンジスルホン酸、1,1-プロパンジスルホン酸、1,3-プロパンジスルホン酸、ポリビニルスルホン酸などの多価脂肪族スルホン酸が挙げられ、炭素数1~30の脂肪族スルホン酸が好ましい。 Examples of the aliphatic sulfonic acid include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, propanesulfonic acid, isopropylsulfonic acid, butanesulfonic acid, isobutylsulfonic acid, t-butylsulfonic acid, pentansulfonic acid, isopentylsulfonic acid, and hexanesulfonic acid. Monovalent saturated aliphatic sulfonic acids such as nonane sulfonic acid, decane sulfonic acid, undecane sulfonic acid, dodecane sulfonic acid, tridecane sulfonic acid, tetradecane sulfonic acid, n-octyl sulfonic acid, cetyl sulfonic acid, 10-kanfa sulfonic acid; Monovalent unsaturated aliphatic sulfonic acids such as ethylene sulfonic acid and 1-propen-1-sulfonic acid; methionic acid, 1,1-ethanedisulfonic acid, 1,2-ethanedisulfonic acid, 1,1-propanedisulfonic acid, Examples thereof include polyvalent aliphatic sulfonic acids such as 1,3-propanedisulfonic acid and polyvinylsulfonic acid, and aliphatic sulfonic acids having 1 to 30 carbon atoms are preferable.
芳香族スルホン酸としては、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、o-トルエンスルホン酸、m-トルエンスルホン酸、o-キシレン-4-スルホン酸、m-キシレン-4-スルホン酸、4-エチルベンゼンスルホン酸、4-プロピルベンゼンスルホン酸、4-ブチルベンゼンスルホン酸、4-ドデシルベンゼンスルホン酸、4-オクチルベンゼンスルホン酸、2-メチル-5-イソプロピルベンゼンスルホン酸、2-ナフタレンスルホン酸、ブチルナフタレンスルホン酸、t-ブチルナフタレンスルホン酸、2,4,5-トリクロロベンゼンスルホン酸、ベンジルスルホン酸、フェニルエタンスルホン酸などの1価芳香族スルホン酸;m-ベンゼンジスルホン酸、1,4-ナフタレンジスルホン酸、1,5-ナフタレンジスルホン酸、1,6-ナフタレンジスルホン酸、2,6-ナフタレンジスルホン酸、2,7-ナフタレンジスルホン酸、1,3,6-ナフタレントリスルホン酸、スルホン化ポリスチレンなどの多価芳香族スルホン酸;フェノール-2-スルホン酸、フェノール-3-スルホン酸、フェノール-4-スルホン酸、アニソール-o-スルホン酸、アニソール-m-スルホン酸、フェネトール-o-スルホン酸、フェネトール-m-スルホン酸、フェノール-2,4-ジスルホン酸、フェノール-2,4,6-トリスルホン酸、アニソール-2,4-ジスルホン酸、フェネトール-2,5-ジスルホン酸、2-オキシトルエン-4-スルホン酸、ピロカテキン-4-スルホン酸、ベラトロール-4-スルホン酸、レゾルシン-4-スルホン酸、2-オキシ-1-メトキシベンゼン-4-スルホン酸、1,2-ジオキシベンゼン-3,5-ジスルホン酸、レゾルシン-4,6-ジスルホン酸、ヒドロキノンスルホン酸、ヒドロキノン-2,5-ジスルホン酸、1,2,3-トリオキシベンゼン-4-スルホン酸などのオキシ芳香族スルホン酸;o-スルホ安息香酸、m-スルホ安息香酸、p-スルホ安息香酸、2,4-ジスルホ安息香酸、3-スルホフタル酸、3,5-ジスルホフタル酸、4-スルホイソフタル酸、2-スルホテレフタル酸、2-メチル-4-スルホ安息香酸、2-メチル-3,5-ジスルホ安息香酸、4-プロピル-3-スルホ安息香酸、2,4,6-トリメチル-3-スルホ安息香酸、2-メチル-5-スルホテレフタル酸、5-スルホサリチル酸、3-オキシ-4-スルホ安息香酸などのスルホ芳香族カルボン酸;チオフェノールスルホン酸、チオアニソール-4-スルホン酸、チオフェネトール-4-スルホン酸などのチオ芳香族スルホン酸;0-ベンズアルデヒド-o-スルホン酸、ベンズアルデヒド-2,4-ジスルホン酸、アセトフェノン-o-スルホン酸、アセトフェノン-2,4-ジスルホン酸、ベンゾフェノン-o-スルホン酸、ベンゾフェノン-3,3’-ジスルホン酸、4-アミノフェノール-3-スルホン酸、アントラキノン-1-スルホン酸、アントラキノン-1,5-ジスルホン酸、アントラキノン-1,8-ジスルホン酸、アントラキノン-2,6-ジスルホン酸、2-メチルアントラキノン-1-スルホン酸などの他の官能基を有する芳香族スルホン酸が挙げられ、炭素数6~30の芳香族スルホン酸が好ましい。 Examples of the aromatic sulfonic acid include benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, o-toluenesulfonic acid, m-toluenesulfonic acid, o-xylene-4-sulfonic acid, m-xylene-4-sulfonic acid, and 4-ethylbenzene. Sulfonic acid, 4-propylbenzenesulfonic acid, 4-butylbenzenesulfonic acid, 4-dodecylbenzenesulfonic acid, 4-octylbenzenesulfonic acid, 2-methyl-5-isopropylbenzenesulfonic acid, 2-naphthalenesulfonic acid, butylnaphthalene Monovalent aromatic sulfonic acids such as sulfonic acid, t-butylnaphthalene sulfonic acid, 2,4,5-trichlorobenzenesulfonic acid, benzylsulfonic acid, phenylethanesulfonic acid; m-benzenedisulfonic acid, 1,4-naphthalenedisulfonic acid Acids, 1,5-naphthalenedisulfonic acid, 1,6-naphthalenedisulfonic acid, 2,6-naphthalenedisulfonic acid, 2,7-naphthalenedisulfonic acid, 1,3,6-naphthalentrisulfonic acid, sulfonated polystyrene, etc. Polyvalent aromatic sulfonic acid; phenol-2-sulfonic acid, phenol-3-sulfonic acid, phenol-4-sulfonic acid, anisole-o-sulfonic acid, anisole-m-sulfonic acid, phenetol-o-sulfonic acid, phenetol -M-Sulfonic acid, phenol-2,4-disulfonic acid, phenol-2,4,6-trisulfonic acid, anisole-2,4-disulfonic acid, phenetol-2,5-disulfonic acid, 2-oxytoluene- 4-Sulfonic Acid, Pyrocatechin-4-Sulfonic Acid, Veratrol-4-Sulfonic Acid, Resolcin-4-Sulfonic Acid, 2-oxy-1-methoxybenzene-4-Sulfonic Acid, 1,2-Dioxybenzene-3 , 5-disulfonic acid, resorcin-4,6-disulfonic acid, hydroquinonesulfonic acid, hydroquinone-2,5-disulfonic acid, 1,2,3-trioxybenzene-4-sulfonic acid and other oxyaromatic sulfonic acids; o-sulfobenzoic acid, m-sulfobenzoic acid, p-sulfobenzoic acid, 2,4-disulfobenzoic acid, 3-sulfophthalic acid, 3,5-disulfophthalic acid, 4-sulfoisophthalic acid, 2-sulfoterephthalic acid, 2-Methyl-4-sulfobenzoic acid, 2-methyl-3,5-disulfobenzoic acid, 4-propyl-3-sulfobenzoic acid, 2,4,6-trimethyl-3-sulfobenzoic acid, 2-methyl- 5-Sulfonterephthalic acid, 5-sulfosalicylic acid, 3-oxy-4-sulfo Sulfonic aromatic carboxylic acids such as benzoic acid; thioaromatic sulfonic acids such as thiophenol sulfonic acid, thioanisole-4-sulfonic acid, thiophenetol-4-sulfonic acid; 0-benzaldehyde-o-sulfonic acid, benzaldehyde- 2,4-Disulfonic acid, acetophenone-o-sulfonic acid, acetophenone-2,4-disulfonic acid, benzophenone-o-sulfonic acid, benzophenone-3,3'-disulfonic acid, 4-aminophenol-3-sulfonic acid, Other functional groups such as anthraquinone-1-sulfonic acid, anthraquinone-1,5-disulfonic acid, anthraquinone-1,8-disulfonic acid, anthraquinone-2,6-disulfonic acid, 2-methylanthraquinone-1-sulfonic acid. Examples thereof include aromatic sulfonic acids having 6 to 30 carbon atoms, and aromatic sulfonic acids having 6 to 30 carbon atoms are preferable.
高分子スルホン酸としては、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリアクリルスルホン酸、ポリメタクリルスルホン酸、ポリ(2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸)、ポリイソプレンスルホン酸が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらは単独重合体であってもよく、2種以上のモノマーの共重合体であってもよい。中でも、ポリスチレンスルホン酸(PSS)が好ましい。高分子スルホン酸の重量平均分子量は、特に限定されないが、均質な固体電解質層を形成しやすい点で、例えば1000~100000であることが好ましい。 Examples of the high molecular weight sulfonic acid include polyvinyl sulfonic acid, polystyrene sulfonic acid, polyallyl sulfonic acid, polyacrylic sulfonic acid, polymethacrylic sulfonic acid, poly (2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid), and polyisoprene sulfonic acid. Be done. These may be used alone or in combination of two or more. Further, these may be homopolymers or copolymers of two or more kinds of monomers. Of these, polystyrene sulfonic acid (PSS) is preferable. The weight average molecular weight of the polymer sulfonic acid is not particularly limited, but is preferably 1000 to 100,000, for example, in that a homogeneous solid electrolyte layer can be easily formed.
(第2スルホン酸)
第2スルホン酸としても、第1スルホン酸として列挙したスルホン酸を用いることができる。中でも、炭素数1~30の脂肪族スルホン酸や、炭素数6~30の芳香族スルホン酸が好ましい。脂肪族スルホン酸の中では、1価飽和脂肪族スルホン酸(例えばヘキサンスルホン酸、10-カンファスルホン酸)が好ましい。芳香族スルホン酸の中では、5-スルホサリチル酸、p-トルエンスルホン酸および2-ナフタレンスルホン酸が好ましい。
(Second sulfonic acid)
As the second sulfonic acid, the sulfonic acid listed as the first sulfonic acid can be used. Among them, an aliphatic sulfonic acid having 1 to 30 carbon atoms and an aromatic sulfonic acid having 6 to 30 carbon atoms are preferable. Among the aliphatic sulfonic acids, monovalent saturated aliphatic sulfonic acid (for example, hexane sulfonic acid, 10-camphor sulfonic acid) is preferable. Among the aromatic sulfonic acids, 5-sulfosalicylic acid, p-toluenesulfonic acid and 2-naphthalenesulfonic acid are preferable.
第2スルホン酸は、スルホ基以外の第三酸性基を有していてもよい。第三酸性基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基等が挙げられる。第2スルホン酸が芳香族スルホン酸である場合、第三酸性基としてフェノール性のヒドロキシ基を有していてもよい。このような芳香族スルホン酸としては、例えば、オキシ芳香族スルホン酸(例えばフェノール-2-スルホン酸)、スルホ芳香族カルボン酸(例えばp-スルホ安息香酸、3-スルホフタル酸、5-スルホサリチル酸)が挙げられる。 The second sulfonic acid may have a tertiary acidic group other than the sulfo group. Examples of the third acidic group include a hydroxy group and a carboxy group. When the second sulfonic acid is an aromatic sulfonic acid, it may have a phenolic hydroxy group as a tertiary acidic group. Examples of such aromatic sulfonic acid include oxyaromatic sulfonic acid (for example, phenol-2-sulfonic acid) and sulfoaromatic carboxylic acid (for example, p-sulfobenzoic acid, 3-sulfophthalic acid, 5-sulfosalicylic acid). Can be mentioned.
固体電解質層からの第1スルホン酸の脱ドープを抑制する効果、および、誘電体層の自己修復性能を高める観点から、第2スルホン酸は、電解液に0.01質量%以上、50質量%以下含まれていることが好ましい。電解液中に含まれる第2スルホン酸の濃度は、5~50質量%がより好ましく、10~35質量%がより好ましく、10~20質量%が特に好ましい。 From the viewpoint of suppressing the dedoping of the first sulfonic acid from the solid electrolyte layer and enhancing the self-repairing performance of the dielectric layer, the second sulfonic acid is 0.01% by mass or more and 50% by mass in the electrolytic solution. It is preferably contained below. The concentration of the second sulfonic acid contained in the electrolytic solution is more preferably 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 35% by mass, and particularly preferably 10 to 20% by mass.
第2スルホン酸の分子量は、第1スルホン酸の分子量よりも小さいことが望ましい。第2スルホン酸の分子量は、例えば、90以上、2000以下であり、90以上、500以下が好ましい。 It is desirable that the molecular weight of the second sulfonic acid is smaller than the molecular weight of the first sulfonic acid. The molecular weight of the second sulfonic acid is, for example, 90 or more and 2000 or less, preferably 90 or more and 500 or less.
(電解液)
電解液は、溶媒および酸成分を含む。
電解液のpHは4.5以下が好ましく、3.8以下がより好ましく、3.6以下が更に好ましい。電解液のpHが4.5以下であると、導電性高分子の劣化が更に抑制される。pHは-2以上が好ましく、-1以上がより好ましい。上記pHは、水溶液のpHを測定するためのガラス電極を用いた測定装置(例えば、株式会社堀場製作所製、LAQUApH Meter F-71)により測定される値である。
(Electrolytic solution)
The electrolytic solution contains a solvent and an acid component.
The pH of the electrolytic solution is preferably 4.5 or less, more preferably 3.8 or less, and even more preferably 3.6 or less. When the pH of the electrolytic solution is 4.5 or less, the deterioration of the conductive polymer is further suppressed. The pH is preferably −2 or higher, more preferably -1 or higher. The pH is a value measured by a measuring device using a glass electrode for measuring the pH of the aqueous solution (for example, LAQUA pH Meter F-71 manufactured by HORIBA, Ltd.).
ESRを安定化させる効果を高める観点から、電解液は、スルホ基以外の第三酸性基を有し、かつ、第2スルホン酸とは異なる第三酸成分を含んでいてもよい。第三酸成分は、例えば、硫酸およびスルホン酸以外の酸である。中でも、第三酸成分は、弱酸性を示す酸成分が好ましい。第三酸成分としては、例えば、カルボン酸、ホウ酸、ホスホン酸などが挙げられる。中でもカルボン酸が好ましい。電解液中に含まれるカルボン酸の濃度は、カルボン酸の解離が容易である点で、5~50質量%が好ましく、10~30質量%がより好ましい。 From the viewpoint of enhancing the effect of stabilizing ESR, the electrolytic solution may have a tertiary acid group other than the sulfo group and may contain a tertiary acid component different from the secondary sulfonic acid. The tertiary acid component is, for example, an acid other than sulfuric acid and sulfonic acid. Among them, the tertiary acid component is preferably an acid component showing weak acidity. Examples of the tertiary acid component include carboxylic acid, boric acid, phosphonic acid and the like. Of these, carboxylic acid is preferable. The concentration of the carboxylic acid contained in the electrolytic solution is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 30% by mass, because the carboxylic acid can be easily dissociated.
カルボン酸は、カルボキシル基を2個以上有する芳香族化合物(芳香族ジカルボン酸)を含むことが好ましい。芳香族ジカルボン酸のカルボキシル基は、安定であり、副反応を進行させにくい。よって、長期間にわたって、導電性高分子を安定化させる効果を発現する。中でも、芳香族ジカルボン酸としては、o-フタル酸およびピロメリット酸よりなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。 The carboxylic acid preferably contains an aromatic compound (aromatic dicarboxylic acid) having two or more carboxyl groups. The carboxyl group of the aromatic dicarboxylic acid is stable and it is difficult for side reactions to proceed. Therefore, the effect of stabilizing the conductive polymer is exhibited for a long period of time. Among them, as the aromatic dicarboxylic acid, at least one selected from the group consisting of o-phthalic acid and pyromellitic acid is preferable.
電解液は、塩基成分を含んでもよい。塩基成分により、酸成分の少なくとも一部が中和される。よって、酸成分の濃度を高めつつ、酸成分による電極の腐食を抑制することができる。固体電解質層からの第1スルホン酸の脱ドープを効果的に抑制する観点から、酸成分は、塩基成分より当量比で過剰であることが好ましい。例えば、塩基成分に対する酸成分の当量比は1.0~30であることが望ましい。また、電解液中に含まれる塩基成分の濃度は0.1~20質量%が好ましく、3~10質量%がより好ましい。 The electrolytic solution may contain a basic component. The base component neutralizes at least a portion of the acid component. Therefore, it is possible to suppress the corrosion of the electrode due to the acid component while increasing the concentration of the acid component. From the viewpoint of effectively suppressing the dedoping of the first sulfonic acid from the solid electrolyte layer, the acid component is preferably in excess of the base component in an equivalent ratio. For example, the equivalent ratio of the acid component to the base component is preferably 1.0 to 30. The concentration of the base component contained in the electrolytic solution is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 3 to 10% by mass.
塩基成分は、アンモニア、第1級アミン、第2級アミン、第3級アミン、第4級アンモニウム化合物およびアミジニウム化合物よりなる群から選択される少なくとも1種であることが望ましい。中でも、第1級アミン、第2級アミンおよび第3級アミンよりなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。第1~3級アミンを用いることで、ESRを長期的に安定化する効果が高められる。各アミンとしては、脂肪族アミン、芳香族アミン、複素環式アミンなどを用いることができる。中でも、分子量72~102の脂肪族アミンは解離度が高い点で好ましい。 The base component is preferably at least one selected from the group consisting of ammonia, primary amines, secondary amines, tertiary amines, quaternary ammonium compounds and amidinium compounds. Among them, at least one selected from the group consisting of primary amines, secondary amines and tertiary amines is preferable. By using the primary to tertiary amines, the effect of stabilizing ESR in the long term is enhanced. As each amine, an aliphatic amine, an aromatic amine, a heterocyclic amine and the like can be used. Of these, aliphatic amines having a molecular weight of 72 to 102 are preferable because they have a high degree of dissociation.
第1~3級アミンとしては、例えば、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、N,N-ジイソプロピルエチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、スペルミジン、スペルミン、アマンタジン、アニリン、フェネチルアミン、トルイジン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、イミダゾール、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、4-ジメチルアミノピリジンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、第3級アミンが好ましく、特にトリエチルアミン、モノエチルジメチルアミンが好ましい。第4級アンモニウム化合物としては、ジエチルジメチルアンモニウム塩などが好ましく、アミジン化合物としては、1,2,3,4-テトラメチルイミダゾリニウム塩などの環状アミジン塩が好ましい。 Examples of the primary to tertiary amines include methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, ethylenediamine, N, N-diisopropylethylamine, tetramethylethylenediamine, hexamethylenediamine, spermidin, spermin, amantazine, and aniline. Examples thereof include phenethylamine, toluidine, pyrrolidine, piperidine, piperazine, morpholine, imidazole, pyridine, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, 4-dimethylaminopyridine and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, tertiary amines are preferable, and triethylamine and monoethyldimethylamine are particularly preferable. The quaternary ammonium compound is preferably a diethyldimethylammonium salt or the like, and the amidine compound is preferably a cyclic amidine salt such as 1,2,3,4-tetramethylimidazolinium salt.
溶媒は、グリコール化合物、スルホン化合物、ラクトン化合物、カーボネート化合物、1価または3価以上のアルコールなどを含むことができる。グリコール化合物としては、エチレングリコール(EG)、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール(PEG)などを用いることができる。スルホン化合物としては、スルホラン、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどを用いることができる。ラクトン化合物としては、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトンなどを用いることができる。カーボネート化合物としては、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)などを用いることができる。アルコールとしては、例えばグリセリンを用いることができる。これらは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。 The solvent can include a glycol compound, a sulfone compound, a lactone compound, a carbonate compound, a monohydric or trihydric or higher alcohol, and the like. As the glycol compound, ethylene glycol (EG), diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol (PEG) and the like can be used. As the sulfone compound, sulfolane, dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide and the like can be used. As the lactone compound, γ-butyrolactone, γ-valerolactone and the like can be used. As the carbonate compound, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), fluoroethylene carbonate (FEC) and the like can be used. As the alcohol, for example, glycerin can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
中でも、溶媒は、γ-ブチロラクトン、スルホランおよびエチレングリコールよりなる群から選択される少なくとも1種(以下、主溶媒)を含むことが好ましい。溶媒に含まれる主溶媒の割合は、50質量%以上が望ましく、60質量%以上がより望ましく、70質量%以上が更に望ましい。 Among them, the solvent preferably contains at least one selected from the group consisting of γ-butyrolactone, sulfolane and ethylene glycol (hereinafter, main solvent). The ratio of the main solvent contained in the solvent is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and further preferably 70% by mass or more.
固体電解質層は、モノマーと、第1スルホン酸で構成されるドーパントとを含有する溶液を誘電体層に付与し、その場で、化学重合もしくは電解重合させる方法で形成してもよい。ただし、優れた耐電圧特性を期待できる点で、導電性高分子を誘電体層に付与する方法により、固体電解質層を形成することが好ましい。すなわち、固体電解質層は、液状成分と、液状成分に分散する導電性高分子と、第1スルホン酸(特に高分子スルホン酸)とを含む高分子分散体を、誘電体層に含浸させ、誘電体層の少なくとも一部を覆う膜を形成した後、その膜から液状成分を揮発させることにより形成されたものであることが好ましい。 The solid electrolyte layer may be formed by applying a solution containing a monomer and a dopant composed of the first sulfonic acid to the dielectric layer and chemically polymerizing or electrolytically polymerizing the solid electrolyte layer on the spot. However, since excellent withstand voltage characteristics can be expected, it is preferable to form a solid electrolyte layer by a method of applying a conductive polymer to the dielectric layer. That is, the solid electrolyte layer is made by impregnating the dielectric layer with a polymer dispersion containing a liquid component, a conductive polymer dispersed in the liquid component, and a first sulfonic acid (particularly, a polymer sulfonic acid). It is preferably formed by forming a film covering at least a part of the body layer and then volatilizing a liquid component from the film.
高分子分散体に含まれる導電性高分子の濃度は、0.5~10質量%であることが好ましい。また、導電性高分子の平均粒径D50は、例えば0.01~0.5μmであることが好ましい。ここで、平均粒径D50は、動的光散乱法による粒度分布測定装置により求められる体積粒度分布におけるメディアン径である。 The concentration of the conductive polymer contained in the polymer dispersion is preferably 0.5 to 10% by mass. Further, the average particle size D50 of the conductive polymer is preferably 0.01 to 0.5 μm, for example. Here, the average particle size D50 is the median diameter in the volume particle size distribution obtained by the particle size distribution measuring device by the dynamic light scattering method.
π共役系導電性高分子は、ポリピロール、ポリチオフェンおよびポリアニリンなどが好ましい。なお、本明細書では、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンなどは、それぞれ、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンなどを基本骨格とする高分子を意味する。したがって、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンなどには、それぞれの誘導体も含まれ得る。例えば、ポリチオフェンには、その誘導体であるポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)などが含まれる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよく、2種以上のモノマーの共重合体でもよい。導電性高分子の重量平均分子量は、特に限定されないが、例えば1000~100000である。 The π-conjugated conductive polymer is preferably polypyrrole, polythiophene, polyaniline or the like. In addition, in this specification, polypyrrole, polythiophene, polyaniline and the like mean a polymer having polypyrrole, polythiophene, polyaniline and the like as a basic skeleton, respectively. Therefore, polypyrrole, polythiophene, polyaniline and the like may also contain their respective derivatives. For example, polythiophene includes its derivative, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and the like. These may be used alone or in combination of two or more kinds, or may be a copolymer of two or more kinds of monomers. The weight average molecular weight of the conductive polymer is not particularly limited, but is, for example, 1000 to 100,000.
以下、本発明を実施形態に基づいて、より具体的に説明する。ただし、以下の実施形態は本発明を限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the embodiments. However, the following embodiments do not limit the present invention.
<電解コンデンサ>
本発明の一実施形態に係る電解コンデンサについて、図1を参照しながら説明するが、これに限定されるものではない。図1は、本実施形態に係る電解コンデンサ20の断面模式図である。
<Electrolytic capacitor>
The electrolytic capacitor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, but the present invention is not limited thereto. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the
電解コンデンサ20は、陽極部6および陰極部7を有するコンデンサ素子10と、コンデンサ素子10を電解液とともに収容する外装ケース11と、陽極部6と電気的に接続し、かつ、外装ケース11から一部が露出する陽極リード端子13と、陰極部7と電気的に接続し、かつ、外装ケース11から一部が露出する陰極リード端子14と、を備えている。陽極部6は、誘電体層3を備える陽極体1と陽極ワイヤ2とを有する。陰極部7は、誘電体層3上に形成された固体電解質層4と、固体電解質層4の表面を覆う陰極層5とを有する。
The
<コンデンサ素子>
本実施形態に係るコンデンサ素子10について、詳細に説明する。
(陽極部)
陽極部6は、陽極体1と、陽極体1の一面から延出して陽極リード端子13と電気的に接続する陽極ワイヤ2と、を有する。陽極体1の表面には、誘電体層3が形成されている。誘電体層3は、耐腐食金属の酸化物を含む。
<Capacitor element>
The
(Anode part)
The anode portion 6 has an
陽極ワイヤ2は、導電性材料から構成されている。陽極ワイヤ2の材料は特に限定されず、例えば、Ta、Nb、Ti、W、銅、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられる。陽極体1および陽極ワイヤ2を構成する材料は、同種であってもよいし、異種であってもよい。陽極ワイヤ2は、陽極体1の一面から陽極体1の内部へ埋設された第一部分2aと、陽極体1の上記一面から延出した第二部分2bと、を有する。陽極ワイヤ2の断面形状は特に限定されず、円形、円形を押しつぶしたような形状(互いに平行な直線とこれら直線の端部同士を繋ぐ2本の曲線とからなる形状。以下、トラック形と称す。)、楕円形、矩形、多角形等が挙げられる。陽極ワイヤ2の直径(トラック形および楕円形の場合は長径)も特に限定されないが、例えば、0.1mm~1.0mmである。
The
陽極部6は、例えば、第一部分2aを耐腐食金属の粒子の粉体中に埋め込んだ状態で直方体状に加圧成形し、焼結することにより作製される。これにより、陽極体1の一面から、陽極ワイヤ2の第二部分2bが植立するように引き出される。第二部分2bは、溶接等により陽極リード端子13と接合されて、陽極ワイヤ2と陽極リード端子13とが電気的に接続する。溶接の方法は特に限定されず、抵抗溶接、レーザ溶接等が挙げられる。
The anode portion 6 is manufactured, for example, by embedding the
(陰極部)
陰極部7は、誘電体層3上に形成された固体電解質層4と、固体電解質層4を覆う陰極層5とを有している。誘電体層3の表面の少なくとも一部に、π共役系導電性高分子および第1スルホン酸を付着させることにより、固体電解質層が形成される。固体電解質層4は、誘電体層3の少なくとも一部を覆うように形成されていればよい。
(Cathode)
The
陰極層5は、例えば、固体電解質層4を覆うように形成されたカーボン層と、カーボン層の表面に形成された金属ペースト層と、を有している。カーボン層は、黒鉛等の導電性炭素材料と樹脂を含む。金属ペースト層は、例えば、金属粒子(例えば、銀)と樹脂とを含む。なお、陰極層5の構成は、この構成に限定されない。陰極層5の構成は、集電機能を有する構成であればよい。
The
<陽極リード端子>
陽極リード端子13は、陽極ワイヤ2の第二部分2bを介して、陽極体1と電気的に接続している。陽極リード端子13は、導電性接着材やはんだにより、陽極ワイヤ2の第二部分2bに接合されてもよいし、抵抗溶接やレーザ溶接により、陽極ワイヤ2に接合されてもよい。
<Anode lead terminal>
The
陽極リード端子13の材質は、電気化学的および化学的に安定であり、導電性を有するものであれば特に限定されず、金属であっても非金属であってもよい。なかでも、陽極リード端子13が電解液と接触する場合、陽極リード端子13の材質は、電解液に対する耐腐食性を備える金属が好ましい。あるいは、電解液と接触する陽極リード端子13の表面に、絶縁性の被覆層(例えば、酸化皮膜や絶縁性樹脂層など)が形成されていてもよい。その形状は、特に限定されない。
The material of the
<陰極リード端子>
陰極リード端子14は、陰極部7と電気的に接続している。陰極リード端子14の一方の端部は、例えば、導電性接着材8を介して、陰極層5に接合される。陰極リード端子14の他方の端部は、外装ケース11の一面から外部へと導出されている。
<Cathode lead terminal>
The
陰極リード端子14の材質も、電気化学的および化学的に安定であり、導電性を有するものであれば、特に限定されず、金属であっても非金属であってもよい。なかでも、陰極リード端子14が電解液と接触する場合、陰極リード端子14の材質は、電解液に対する耐腐食性を備える金属が好ましい。あるいは、電解液と接触し、かつ、導電性接着材8が塗布されない陰極リード端子14の表面に、絶縁性の被覆層(例えば、酸化皮膜や絶縁性樹脂層など)が形成されていてもよい。
The material of the
<外装ケース>
外装ケース11は、コンデンサ素子10および電解液を収容する。外装ケース11の材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、鉄、真鍮などの金属あるいはこれらの合金、樹脂材料を用いることができる。外装ケース11と陽極ワイヤ2の第二部分2bとの間には、絶縁性の封止部材12が配置され、外装ケース11を封止している。外装ケース11と陰極リード端子14との間にも同様に、封止部材(不図示)が配置されてもよい。
<Exterior case>
The
なお、外装ケース11や各リード端子の電解液と接触する部分に金属成分が含まれる場合、電解液のpHを、当該金属成分が溶解しない領域に調整することが好ましい。例えば、外装ケース11や各リード端子に含まれる金属成分がアルミニウムの場合、電解液のpHを2以上に調整することが好ましい。
When a metal component is contained in the
≪電解コンデンサの製造方法≫
以下、本実施形態に係る電解コンデンサの製造方法の一例について、工程ごとに説明する。
(i)陽極部を作製する工程
耐腐食金属の粒子と陽極ワイヤ2とを、陽極ワイヤ2の第一部分2aが耐腐食金属の粒子の中に埋め込まれるように型に入れ、加圧により成形した後、真空中で焼結することにより、陽極ワイヤ2の一部が植設された陽極部が作製される。成形の際の圧力は特に限定されない。耐腐食金属の粒子には、必要に応じて、ポリアクリルカーボネート等のバインダを混合してもよい。
≪Manufacturing method of electrolytic capacitors≫
Hereinafter, an example of a method for manufacturing an electrolytic capacitor according to this embodiment will be described for each process.
(I) Step of manufacturing the anode portion The corrosion-resistant metal particles and the
(ii)誘電体層を形成する工程
陽極体1の表面に誘電体層3を形成する。具体的には、電解水溶液(例えば、リン酸水溶液)が満たされた化成槽に、陽極体1を浸漬し、陽極ワイヤ2の第二部分2bを化成槽の陽極体に接続して、陽極酸化を行うことにより、陽極体1の表面に耐腐食金属の酸化被膜からなる誘電体層3を形成することができる。電解水溶液としては、リン酸水溶液に限らず、硝酸、酢酸、硫酸などを用いることができる。
(Ii) Step of forming the dielectric layer The
(iii)固体電解質層の形成工程
次に、誘電体層3の表面にπ共役系導電性高分子および第1スルホン酸を含む固体電解質層4を形成する。このとき、重合液を用いて、その場で、化学重合もしくは電解重合で生成させた導電性高分子を誘電体層3に付着させて固体電解質層4を形成してもよい。重合液は、モノマーもしくはオリゴマー、ドーパントとしての第1スルホン酸などを含有する溶液である。化学重合の場合、重合液に酸化剤が添加される。また、予め合成された導電性高分子を誘電体層3に付着させて固体電解質層4を形成してもよい。
(Iii) Forming Step of Solid Electrolyte Layer Next, a
モノマーやオリゴマーには、ピロール、アニリン、チオフェン、これらの誘導体などが用いられる。ドーパントとしては、第1スルホン酸が用いられる。第1スルホン酸としては、脱ドープ現象を抑え易い点で、既に述べた高分子スルホン酸が好ましいが、これに限定されない。 As the monomer and oligomer, pyrrole, aniline, thiophene, derivatives thereof and the like are used. As the dopant, the first sulfonic acid is used. As the first sulfonic acid, the above-mentioned high molecular weight sulfonic acid is preferable, but is not limited to this, because it is easy to suppress the dedoping phenomenon.
予め合成された導電性高分子としては、高分子分散体を用いることが好ましい。高分子分散体は、液状成分と、液状成分に分散する導電性高分子とを含み、通常はドーパントも含む。高分子分散体を誘電体層3の表面に付与する方法としては、例えば、陽極体1を高分子分散体に含浸させ、乾燥させる方法が簡易で好ましい。高分子分散体は、導電性高分子とともに、ドーパントとして第1スルホン酸を含むことが望ましい。例えば、導電性高分子としてPEDOTを含み、第1スルホン酸としてPSSを含む高分子分散体(PEDOT/PSS)が好ましい。
As the conductive polymer synthesized in advance, it is preferable to use a polymer dispersion. The polymer dispersion contains a liquid component and a conductive polymer dispersed in the liquid component, and usually also contains a dopant. As a method of applying the polymer dispersion to the surface of the
高分子分散体を誘電体層3の表面に付与する工程と、陽極体1を乾燥させる工程とは、2回以上繰り返してもよい。これらの工程を複数回行うことにより、誘電体層3に対する固体電解質層4の被覆率を高めることができる。
The step of applying the polymer dispersion to the surface of the
(iv)陰極層の形成工程
固体電解質層4の表面に、カーボンペーストおよび銀ペーストを順次、塗布することにより、カーボン層および銀ペースト層で構成される陰極層5を形成することができる。これにより、コンデンサ素子10が得られる。陰極層5の構成は、これに限られず、集電機能を有する構成であればよい。また、陰極の集電構造によっては、陰極層5を設けなくてもよい。
(Iv) Step of Forming Cathode Layer By sequentially applying carbon paste and silver paste to the surface of the
(v)固体電解質層に電解液を含浸させる工程
固体電解質層4に、電解液を含浸させる。固体電解質層4に電解液を含浸させる方法は特に限定されない。陰極層5を形成した後、固体電解質層4に電解液を含浸させる場合、固体電解質層4が部分的に露出するように、陰極層5を形成することが好ましい(図1において不図示)。
(V) Step of impregnating the solid electrolyte layer with the electrolytic solution The
(vi)陽極リード端子の接合工程
陽極体1から植立する陽極ワイヤ2の一方の端部を、レーザ溶接や抵抗溶接などにより、陽極リード端子13と接合する。
(Vi) Bonding step of anode lead terminal One end of the
(vii)陰極リード端子の接合工程
陰極リード端子14を、導電性接着材8を介して陰極層5に接合する。
(Vii) Bonding Step of Cathode Lead Terminal The
(viii)コンデンサ素子の封止工程
電解液が含浸され、各リード端子が接合されたコンデンサ素子10を、外装ケース11に収納する。このとき、外装ケース11から、陽極リード端子13および陰極リード端子14の一部をそれぞれ導出する。その後、定格電圧を印加しながら、エージング処理を行ってもよい。
(Viii) Capacitor element sealing step The
上記の実施形態では、陽極体として耐腐食金属を含む焼結体を用いる電解コンデンサについて説明したが、本発明の適用範囲は上記に限定されず、他の電解コンデンサ、例えば、耐腐食金属を含む金属箔を陽極体として用いる巻回型の電解コンデンサや、耐腐食金属を含む金属板を陽極体として用いる積層型の電解コンデンサにも適用することができる。 In the above embodiment, an electrolytic capacitor using a sintered body containing a corrosion resistant metal as an anode has been described, but the scope of application of the present invention is not limited to the above, and includes other electrolytic capacitors, for example, a corrosion resistant metal. It can also be applied to a wound type electrolytic capacitor using a metal foil as an anode and a laminated type electrolytic capacitor using a metal plate containing a corrosion resistant metal as an anode.
[実施例]
以下、実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
[Example]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples, but the present invention is not limited to Examples.
《実施例1》
定格電圧35V、定格静電容量30μFの電解コンデンサを以下の要領で作製した。
<< Example 1 >>
An electrolytic capacitor with a rated voltage of 35 V and a rated capacitance of 30 μF was manufactured in the following manner.
(陽極部の準備)
弁作用金属として、一次粒子の平均粒径D50が約0.1μm、二次粒子の平均粒子径が約0.2μmであるタンタル金属粒子を用いた。このタンタル金属の粉末およびタンタルからなる陽極ワイヤを用いて、上記方法に従い、陽極ワイヤの一部(第一部分)が埋め込まれた陽極体を得た。
(Preparation of anode part)
As the valve acting metal, tantalum metal particles having an average particle size D50 of the primary particles of about 0.1 μm and an average particle size of the secondary particles of about 0.2 μm were used. Using this anode wire composed of tantalum metal powder and tantalum, an anode body in which a part (first part) of the anode wire was embedded was obtained according to the above method.
(誘電体層の形成)
電解水溶液であるリン酸水溶液が満たされた化成槽に、陽極体と陽極ワイヤの第二部分の一部を浸漬し、第二部分の他の部分を化成槽の陽極体に接続した。そして、陽極酸化を行うことにより、陽極体の表面(孔の内壁面を含む多孔質焼結体の表面)および陽極ワイヤの第二部分の一部の表面に、酸化タンタル(Ta2O5)の均一な誘電体層を形成した。陽極酸化は、0.02質量%リン酸水溶液を用いて、化成電圧60Vで行った。
(Formation of dielectric layer)
A part of the second part of the anode and the anode wire was immersed in the chemical bath filled with the phosphoric acid aqueous solution which is the electrolytic aqueous solution, and the other part of the second part was connected to the anode body of the chemical tank. Then, by anodizing, tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) is applied to the surface of the anode (the surface of the porous sintered body including the inner wall surface of the hole) and the surface of a part of the second part of the anode wire. A uniform dielectric layer was formed. Anodization was carried out using a 0.02 mass% phosphoric acid aqueous solution at a chemical conversion voltage of 60 V.
(高分子分散体の調製)
3,4-エチレンジオキシチオフェンと、高分子スルホン酸(第1スルホン酸)であるポリスチレンスルホン酸(PSS、重量平均分子量10万)とを、イオン交換水に溶かし、混合溶液を調製した。混合溶液を撹拌しながら硫酸鉄(III)(酸化剤)を添加し、重合反応を行った。その後、反応液を透析し、未反応モノマーおよび酸化剤を除去し、約5質量%のPSSがドープされたポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT/PSS)を含む高分子分散体を得た。
(Preparation of polymer dispersion)
A mixed solution was prepared by dissolving 3,4-ethylenedioxythiophene and polystyrene sulfonic acid (PSS, weight average molecular weight 100,000) which is a high molecular weight sulfonic acid (first sulfonic acid) in ion-exchanged water. Iron (III) sulfate (oxidizing agent) was added while stirring the mixed solution, and the polymerization reaction was carried out. Then, the reaction solution was dialyzed to remove unreacted monomers and oxidizing agents to obtain a polymer dispersion containing polyethylene dioxythiophene (PEDOT / PSS) doped with about 5% by mass of PSS.
(固体電解質層の形成)
減圧雰囲気(40kPa)中で、高分子分散体に陽極部を5分間浸漬し、その後、高分子分散体から陽極部を引き上げた。次に、高分子分散体を含浸した陽極部を、150℃の乾燥炉内で20分間乾燥させ、誘電体層の少なくとも一部を被覆する固体電解質層を形成した。
(Formation of solid electrolyte layer)
The anode portion was immersed in the polymer dispersion for 5 minutes in a reduced pressure atmosphere (40 kPa), and then the anode portion was pulled up from the polymer dispersion. Next, the anode portion impregnated with the polymer dispersion was dried in a drying oven at 150 ° C. for 20 minutes to form a solid electrolyte layer covering at least a part of the dielectric layer.
(陰極層の形成)
固体電解質層の表面に、カーボンペーストを塗布することにより、カーボン層を形成した。次に、カーボン層の表面に、銀ペーストを塗布することにより、銀ペースト層を形成した。こうして、カーボン層と銀ペースト層とで構成される陰極層を形成して、コンデンサ素子を得た。このとき、固体電解質層の表面の一部が陰極層から露出するようにカーボン層および銀ペースト層を設けた。
(Formation of cathode layer)
A carbon layer was formed by applying a carbon paste to the surface of the solid electrolyte layer. Next, a silver paste layer was formed by applying a silver paste to the surface of the carbon layer. In this way, a cathode layer composed of a carbon layer and a silver paste layer was formed to obtain a capacitor element. At this time, a carbon layer and a silver paste layer were provided so that a part of the surface of the solid electrolyte layer was exposed from the cathode layer.
(電解液の含浸)
溶媒としてエチレングリコール(EG)を準備した。EGに、第2スルホン酸として5-スルホサリチル酸(2価の酸成分)を、塩基成分としてトリエチルアミンを合計で25質量%の濃度で溶解させて電解液を調製した。トリエチルアミンに対する5-スルホサリチル酸の当量比は2.0とした。減圧雰囲気(40kPa)中で、電解液にコンデンサ素子を5分間浸漬した。
(Immersion of electrolyte)
Ethylene glycol (EG) was prepared as a solvent. An electrolytic solution was prepared by dissolving 5-sulfosalicylic acid (divalent acid component) as a second sulfonic acid in EG and triethylamine as a base component at a total concentration of 25% by mass. The equivalent ratio of 5-sulfosalicylic acid to triethylamine was 2.0. The capacitor element was immersed in the electrolytic solution for 5 minutes in a reduced pressure atmosphere (40 kPa).
(コンデンサ素子の封止)
電解液を含浸させたコンデンサ素子を外装ケースに収容し、封止して、図1に示すような電解コンデンサ(A1)を完成させた。その後、定格電圧を印加しながら、95℃で90分のエージングを行った。
(Seal of capacitor element)
A capacitor element impregnated with an electrolytic solution was housed in an outer case and sealed to complete an electrolytic capacitor (A1) as shown in FIG. Then, while applying the rated voltage, aging was performed at 95 ° C. for 90 minutes.
<評価>
コンデンサA1について、エージング後の静電容量、ESR、35Vでのリーク電流(LC)を測定した。結果を表1に示す。表1では、比較例1の結果を1としたときの、相対的な評価結果を示している。
<Evaluation>
For the capacitor A1, the capacitance after aging, ESR, and leakage current (LC) at 35 V were measured. The results are shown in Table 1. Table 1 shows the relative evaluation results when the result of Comparative Example 1 is 1.
《実施例2~5》
酸成分の濃度を変えずに、酸成分と塩基成分との当量比を変えて、pHを表1のようにしたこと以外、実施例1と同様にして、電解コンデンサA2~A5を作製し、同様に評価した。結果を表1に示す。
<< Examples 2 to 5 >>
Electrolytic capacitors A2 to A5 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the equivalent ratio of the acid component and the base component was changed without changing the concentration of the acid component and the pH was set as shown in Table 1. Evaluated in the same way. The results are shown in Table 1.
《比較例1》
酸成分と塩基成分との当量比を変えずに、5-スルホサリチル酸の代わりに、フタル酸を用いたこと以外、実施例1と同様にして、電解コンデンサB1を作製し、同様に評価した。
<< Comparative Example 1 >>
An electrolytic capacitor B1 was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that phthalic acid was used instead of 5-sulfosalicylic acid without changing the equivalent ratio of the acid component and the base component.
《実施例6~8》
第2スルホン酸と塩基成分との当量比を変えずに、電解液中の第2スルホン酸の濃度および塩基成分の濃度を変えて、pHを表2のようにしたこと以外、実施例1と同様にして、電解コンデンサA6~A8を作製し、同様に評価した。結果を表2に示す。なお、表2には、便宜的に電解コンデンサA3の評価結果も記載した。
<< Examples 6 to 8 >>
Example 1 and the same except that the pH was adjusted as shown in Table 2 by changing the concentration of the second sulfonic acid and the concentration of the base component in the electrolytic solution without changing the equivalent ratio of the second sulfonic acid to the base component. In the same manner, electrolytic capacitors A6 to A8 were prepared and evaluated in the same manner. The results are shown in Table 2. Table 2 also shows the evaluation results of the electrolytic capacitor A3 for convenience.
《実施例9~13》
酸成分の濃度を変えずに、酸成分と塩基成分との当量比を変えて、pHを表3のようにしたこと、および、5-スルホサリチル酸の代わりに、表3に示す酸成分を用いたこと以外、実施例1と同様にして、電解コンデンサA9~A13を作製し、同様に評価した。結果を表3に示す。ただし、電解コンデンサA12では、塩基成分として、トリエチルアミンの代わりにアミジンを用いた。
<< Examples 9 to 13 >>
The pH was set as shown in Table 3 by changing the equivalent ratio of the acid component to the base component without changing the concentration of the acid component, and the acid component shown in Table 3 was used instead of 5-sulfosalicylic acid. Electrolytic capacitors A9 to A13 were produced in the same manner as in Example 1 and evaluated in the same manner. The results are shown in Table 3. However, in the electrolytic capacitor A12, amidine was used as the base component instead of triethylamine.
本発明は、誘電体層の少なくとも一部を被覆する固体電解質層と電解液とを具備する、いわゆるハイブリッド型の電解コンデンサに適用することができる。 The present invention can be applied to a so-called hybrid type electrolytic capacitor including a solid electrolyte layer covering at least a part of the dielectric layer and an electrolytic solution.
20:電解コンデンサ
10:コンデンサ素子
1:陽極体
2:陽極ワイヤ
2a:第一部分
2b:第二部分
3:誘電体層
4:固体電解質層
5:陰極層
6:陽極部
7:陰極部
8:導電性接着材
11:外装ケース
12:封止部材
13:陽極リード端子
14:陰極リード端子
20: Electrolytic capacitor 10: Condenser element 1: Anode body 2:
Claims (17)
前記固体電解質層は、π共役系導電性高分子と、第1スルホン酸と、を含み、
前記誘電体層は、タンタル、ニオブ、チタンおよびタングステンよりなる群から選択される少なくとも1種の酸化物を含み、
前記電解液は、溶媒および酸成分を含み、
前記酸成分は、第2スルホン酸を含み、
前記酸成分は、スルホ基以外の第三酸性基を有し、かつ、前記第2スルホン酸とは異なる第三酸成分を含む、電解コンデンサ。 An anode having a dielectric layer, a solid electrolyte layer in contact with the dielectric layer, and an electrolytic solution are provided.
The solid electrolyte layer contains a π-conjugated conductive polymer and a first sulfonic acid.
The dielectric layer contains at least one oxide selected from the group consisting of tantalum, niobium, titanium and tungsten.
The electrolytic solution contains a solvent and an acid component, and contains a solvent and an acid component.
The acid component contains a second sulfonic acid.
The acid component is an electrolytic capacitor having a tertiary acid group other than the sulfo group and containing a tertiary acid component different from the second sulfonic acid .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017178199A JP7054859B2 (en) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Electrolytic capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017178199A JP7054859B2 (en) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Electrolytic capacitor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019054147A JP2019054147A (en) | 2019-04-04 |
| JP7054859B2 true JP7054859B2 (en) | 2022-04-15 |
Family
ID=66015091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017178199A Active JP7054859B2 (en) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Electrolytic capacitor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7054859B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115023782A (en) * | 2020-01-30 | 2022-09-06 | 松下知识产权经营株式会社 | Electrolytic capacitor |
| JP7689321B2 (en) * | 2020-01-31 | 2025-06-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Electrolytic capacitor and its manufacturing method |
| WO2025134724A1 (en) * | 2023-12-18 | 2025-06-26 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Liquid component for electrolytic capacitor, electrolytic capacitor, and method for manufacturing same |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003022938A (en) | 2001-04-13 | 2003-01-24 | Sanyo Chem Ind Ltd | Electrolytic capacitor |
| JP2006186292A (en) | 2004-12-01 | 2006-07-13 | Shin Etsu Polymer Co Ltd | Capacitor and manufacturing method thereof |
| JP2012109635A (en) | 2012-03-13 | 2012-06-07 | Panasonic Corp | Electrolytic capacitor |
| WO2017159243A1 (en) | 2016-03-16 | 2017-09-21 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Electrolytic capacitor |
-
2017
- 2017-09-15 JP JP2017178199A patent/JP7054859B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003022938A (en) | 2001-04-13 | 2003-01-24 | Sanyo Chem Ind Ltd | Electrolytic capacitor |
| JP2006186292A (en) | 2004-12-01 | 2006-07-13 | Shin Etsu Polymer Co Ltd | Capacitor and manufacturing method thereof |
| JP2012109635A (en) | 2012-03-13 | 2012-06-07 | Panasonic Corp | Electrolytic capacitor |
| WO2017159243A1 (en) | 2016-03-16 | 2017-09-21 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Electrolytic capacitor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2019054147A (en) | 2019-04-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6956322B2 (en) | Electrolytic capacitor | |
| JP7384946B2 (en) | Solid electrolytic capacitor with improved leakage current | |
| US8194395B2 (en) | Hermetically sealed capacitor assembly | |
| US8279584B2 (en) | Solid electrolytic capacitor assembly | |
| JP2023166569A (en) | Solid electrolytic capacitor for use in humid atmosphere | |
| JP7847300B2 (en) | Electrolytic capacitors | |
| US20020015277A1 (en) | Solid electrolytic multilayer capacitor | |
| JP2019505993A (en) | Solid electrolytic capacitor with improved leakage current | |
| JP2011181611A (en) | Solid electrolytic capacitor and manufacturing method of the same | |
| JP2020102648A (en) | Solid electrolytic capacitor with high capacitance | |
| JP7099801B2 (en) | Low ESR anode lead tape for solid electrolytic capacitors | |
| JP2012039123A (en) | Mechanically robust solid electrolytic capacitor assembly | |
| JP2020526916A (en) | Solid electrolytic capacitor assembly | |
| US11631548B2 (en) | Solid electrolytic capacitor containing a moisture barrier | |
| JP7571057B2 (en) | Solid Electrolytic Capacitor | |
| JP7054859B2 (en) | Electrolytic capacitor | |
| US8582278B2 (en) | Solid electrolytic capacitor with improved mechanical stability | |
| JP5020132B2 (en) | Manufacturing method of solid electrolytic capacitor | |
| JP2013074026A (en) | Solid electrolytic capacitor and method for manufacturing the same | |
| HK40069413A (en) | Solid electrolytic capacitor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20180709 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200904 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210830 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210914 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211111 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220215 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220316 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7054859 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |