JP7355178B2 - Solid electrolytic capacitor and solid electrolytic capacitor manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、固体電解コンデンサおよびその製造方法に係り、特に、80WV以上の高圧用途に好適な固体電解コンデンサ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a solid electrolytic capacitor and a method for manufacturing the same, and particularly to a solid electrolytic capacitor suitable for high voltage applications of 80 WV or higher and a method for manufacturing the same.
近年、デジタル化された電気機器に対して電力供給用途として使用される固体電解コンデンサには、小型化および大容量化が強く望まれている。アルミニウム等のような弁作用を有する金属を利用した固体電解コンデンサは、陽極箔としての弁作用金属をエッチング箔等の形状にして誘電体を拡面化することにより、小型で大きな容量を得ることができることから、広く一般に用いられている。 In recent years, solid electrolytic capacitors used to supply power to digitalized electrical equipment are strongly desired to be smaller and have larger capacities. Solid electrolytic capacitors that use valve-acting metals such as aluminum can obtain large capacitance in a small size by making the valve-acting metal as an anode foil into a shape such as etching foil and enlarging the surface of the dielectric. It is widely used because of its ability to
小型、大容量用途の固体電解コンデンサは、一般に、アルミニウム等の弁作用金属からなる陽極箔と陰極箔とをセパレータを介在させて巻回して形成されたコンデンサ素子を有する。固体電解コンデンサは、コンデンサ素子に駆動用電解液を含浸し、アルミニウム等の金属製ケースや合成樹脂製のケースにコンデンサ素子を収納し、密閉した構造を有している。なお、陽極材料としては、アルミニウムを初めとしてタンタル、ニオブ、チタン等が使用され、陰極材料には、陽極材料と同種の金属が用いられる。 Solid electrolytic capacitors for small-sized, large-capacity applications generally have a capacitor element formed by winding an anode foil and a cathode foil made of a valve metal such as aluminum with a separator interposed therebetween. A solid electrolytic capacitor has a structure in which a capacitor element is impregnated with a driving electrolyte, and the capacitor element is housed in a metal case such as aluminum or a synthetic resin case, and the capacitor element is sealed. Note that as the anode material, aluminum, tantalum, niobium, titanium, etc. are used, and as the cathode material, the same kind of metal as the anode material is used.
また、固体電解コンデンサに用いられる固体電解質としては、二酸化マンガンや7,7,8,8-テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体が知られているが、近年、反応速度が緩やかで、かつ陽極箔の酸化皮膜層との密着性に優れたポリエチレンジオキシチオフェン(以下、PEDOTと記す)等の導電性ポリマーに着目した技術(特許文献1)が存在している。 In addition, manganese dioxide and 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complexes are known as solid electrolytes used in solid electrolytic capacitors, but in recent years, the reaction rate is slow and the anode There is a technology (Patent Document 1) that focuses on conductive polymers such as polyethylene dioxythiophene (hereinafter referred to as PEDOT) that have excellent adhesion to the oxide film layer of foil.
ところで、車載用や一般電源回路用の固体電解コンデンサとしては、25WVや63WV程度の低圧用途のものが用いられている。しかし、近年では、80WV以上の高圧用途に使用すべく、高温でのESR特性が良好な固体電解コンデンサが要望されている。 By the way, as solid electrolytic capacitors for vehicles and general power supply circuits, those for low voltage applications of about 25 WV and 63 WV are used. However, in recent years, there has been a demand for solid electrolytic capacitors with good ESR characteristics at high temperatures for use in high voltage applications of 80 WV or higher.
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、80WV以上の高圧用途での特性に優れた固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することにある。 The present invention was proposed to solve the above problems, and its purpose is to provide a solid electrolytic capacitor with excellent characteristics for high voltage applications of 80 WV or higher, and a method for manufacturing the same.
本発明者等は、上記課題を解決すべく、種々検討を重ねた結果、80WVを超える高圧領域において、コンデンサ素子に充填する電解液の溶質として脂肪族カルボン酸を用いることでESR特性が良好になるとの知見を得、この知見に基づき本発明を完成させるに至った。 In order to solve the above problems, the present inventors have conducted various studies and found that in the high voltage region exceeding 80 WV, by using an aliphatic carboxylic acid as a solute in the electrolyte filled in the capacitor element, the ESR characteristics can be improved. Based on this knowledge, we have completed the present invention.
すなわち、本発明の固体電解コンデンサは、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を有し、前記コンデンサ素子は、導電性高分子を含む固体電解質層を有し、前記コンデンサ素子内の空隙部には、電解液が充填され、前記電解液は、溶質として脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩と、溶媒として多価アルコールと、を含み、前記溶媒に対する前記溶質である脂肪族カルボン酸の添加量が0.6mol/kg以下であり、前記溶質は分子量150以上の脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩を溶質全体に対して50wt%以上含むことを特徴とする。
That is, the solid electrolytic capacitor of the present invention has a capacitor element in which an anode foil and a cathode foil are wound with a separator in between, and the capacitor element has a solid electrolyte layer containing a conductive polymer, The void in the capacitor element is filled with an electrolytic solution, and the electrolytic solution contains an ammonium salt of an aliphatic carboxylic acid as a solute and a polyhydric alcohol as a solvent, and the electrolytic solution contains an ammonium salt of an aliphatic carboxylic acid as a solute and a polyhydric alcohol as a solvent. The amount of the group carboxylic acid added is 0.6 mol/kg or less, and the solute contains an ammonium salt of an aliphatic carboxylic acid having a molecular weight of 150 or more at 50 wt% or more based on the total solute .
前記多価アルコールが、エチレングリコールであっても良い。前記溶媒に対する前記溶質である脂肪族カルボン酸の添加量が0.37mol/kg以下であっても良い。前記溶媒に対する前記溶質のアンモニウムイオンの添加量が0.6mol/kg以下であっても良い。前記溶媒に対する前記溶質である前記分子量が150以上の脂肪族カルボン酸の添加量が0.6mol/kg以下であっても良い。
The polyhydric alcohol may be ethylene glycol. The amount of the aliphatic carboxylic acid, which is the solute, added to the solvent may be 0.37 mol/kg or less. The amount of ammonium ion of the solute added to the solvent may be 0.6 mol/kg or less. The amount of the aliphatic carboxylic acid having a molecular weight of 150 or more, which is the solute, added to the solvent may be 0.6 mol/kg or less.
また、前記のような固体電解コンデンサを製造するための方法も本発明の1態様である。 Further, a method for manufacturing the solid electrolytic capacitor as described above is also one embodiment of the present invention.
本発明によれば、80WV以上の高圧用途での特性に優れた固体電解コンデンサおよび固体電解コンデンサの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a solid electrolytic capacitor with excellent characteristics in high voltage applications of 80 WV or higher and a method for manufacturing the solid electrolytic capacitor.
[1.構成]
以下、本実施形態の固体電解コンデンサについて図1を参照して詳細に説明する。図1に示す通り、固体電解コンデンサは、陽極箔1と陰極箔2と、がセパレータ3を介して巻回されたコンデンサ素子10を有する。固体電解コンデンサは、コンデンサ素子10を電解液とともに、図示しない有底筒状の外装ケースに収納し、封止することにより作製される。
[1. composition]
Hereinafter, the solid electrolytic capacitor of this embodiment will be described in detail with reference to FIG. 1. As shown in FIG. 1, the solid electrolytic capacitor includes a
陽極箔1は、表面に誘電体皮膜を有する弁金属箔からなる。弁金属箔としてはアルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン等を用いることができる。弁金属箔の表面は、塩化物水溶液中で電気化学的なエッチング処理を行い粗面化することで、表面積が拡大されていても良い。また、誘電体皮膜は、例えば酸化アンモニウムやホウ酸アンモニウム等を用いて化成処理を行うことで形成することができる。陰極箔2は、陽極箔1と同様の弁金属箔からなる。陰極箔も、エッチング処理により表面が粗面化されていても良い。また、陰極箔2に、必要に応じて化成処理により薄い誘電体皮膜(1~10V程度)を形成しても良い。以下、陽極箔1と陰極箔2をまとめて電極箔と表現する場合がある。電極箔の寸法は、製造する固体電解コンデンサの仕様に応じて任意に設定することができる。 The anode foil 1 is made of a valve metal foil having a dielectric film on its surface. Aluminum, tantalum, niobium, titanium, etc. can be used as the valve metal foil. The surface area of the valve metal foil may be expanded by roughening the surface by performing electrochemical etching treatment in an aqueous chloride solution. Further, the dielectric film can be formed by performing a chemical conversion treatment using, for example, ammonium oxide, ammonium borate, or the like. The cathode foil 2 is made of valve metal foil similar to the anode foil 1. The surface of the cathode foil may also be roughened by etching treatment. Further, a thin dielectric film (approximately 1 to 10 V) may be formed on the cathode foil 2 by chemical conversion treatment if necessary. Hereinafter, the anode foil 1 and the cathode foil 2 may be collectively referred to as electrode foil. The dimensions of the electrode foil can be arbitrarily set according to the specifications of the solid electrolytic capacitor to be manufactured.
陽極箔1と陰極箔2には、図1に示す通り、それぞれの電極を外部に接続するためのリード線4,5が、例えばステッチや超音波溶接等により接続されている。リード線4,5は、アルミニウム等を用いて形成されている。リード線4,5は、陽極箔1と陰極箔2において外部との電気的な接続を行う電極引き出し手段であり、巻回したコンデンサ素子の端面から導出される。
As shown in FIG. 1,
セパレータ3としては、合成繊維を主体とする不織布や、ガラス繊維を用いることができる。合成繊維としては、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、レーヨン繊維等が挙げられ、これらの繊維を単独または混合して用いても良い。また天然繊維からなるセパレータを用いても良い。セパレータ3は、陽極箔1および陰極箔2の寸法に応じて、これよりやや大きい幅寸法のものを用いればよい。 As the separator 3, a nonwoven fabric mainly composed of synthetic fibers or glass fiber can be used. Examples of synthetic fibers include polyester fibers, nylon fibers, rayon fibers, and the like, and these fibers may be used alone or in combination. Alternatively, a separator made of natural fibers may be used. The separator 3 may have a slightly larger width depending on the dimensions of the anode foil 1 and the cathode foil 2.
以上のようにして形成したコンデンサ素子10は、修復化成が行われていても良い。コンデンサ素子の巻回において電極箔に機械的ストレスがかかり、誘電体皮膜に亀裂等の損傷が生じることがある。修復化成において、コンデンサ素子10を化成液中に浸漬して化成することによって、亀裂が発生した部分に誘電体皮膜が形成され、損傷を修復することができる。化成液としては、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム等のリン酸系の化成液、ホウ酸アンモニウム等のホウ酸系の化成液、アジピン酸アンモニウム等のアジピン酸系の化成液を用いることができる。この中でも、特に、リン酸二水素アンモニウムを用いることが好ましい。
The
コンデンサ素子10には、固体電解質層が形成されている。具体的には、固体電解質層は、セパレータ3と電極箔に形成されている。固体電解質層は、コンデンサ素子10を、導電性高分子分散体に浸漬後、乾燥させることにより形成することができる。導電性高分子分散体への浸漬・乾燥工程を複数回繰り返し行ってもよい。導電性高分子分散体は、導電性高分子の粒子が溶媒に分散した溶液である。導電性高分子としては、例えばPEDOTの粉末を用いることができる。また、溶媒に、ドーパントとしてポリスチレンスルホン酸の固形分を含めても良い。
A solid electrolyte layer is formed in the
導電性高分子分散体の溶媒は、導電性高分子の粒子または粉末が溶解するものであれば良く、主として水が用いられる。ただし、必要に応じて分散体の溶媒としてエチレングリコールを単独又は混合して用いても良い。分散体の溶媒としてエチレングリコールを用いると、製品の電気的特性のうち、特にESRを低減できることが判明している。なお、導電性高分子分散体の含浸性、電導度の向上のため、導電性高分子分散体に各種添加剤を添加したり、カチオン添加による中和を行っても良い。特に、添加剤としてソルビトールまたはソルビトールおよび多価アルコールを用いると、ESRを低減し、鉛フリーリフロー等による耐電圧特性の劣化を防止することができる。 The solvent for the conductive polymer dispersion may be any solvent that can dissolve the conductive polymer particles or powder, and water is mainly used. However, if necessary, ethylene glycol may be used alone or in combination as a solvent for the dispersion. It has been found that when ethylene glycol is used as a solvent for the dispersion, it is possible to reduce the electrical properties of the product, particularly the ESR. In order to improve the impregnating properties and conductivity of the conductive polymer dispersion, various additives may be added to the conductive polymer dispersion, or neutralization may be performed by adding cations. In particular, when sorbitol or sorbitol and a polyhydric alcohol are used as additives, ESR can be reduced and deterioration of voltage resistance characteristics due to lead-free reflow or the like can be prevented.
また、導電性高分子の濃度は、水溶液に対して1~10wt%とすることができる。導電性高分子の粒子には、導電性高分子の一次粒子や、導電性高分子化合物及びドーパントが凝集した凝集物(二次粒子)やそれらの粉末も含まれる。 Further, the concentration of the conductive polymer can be 1 to 10 wt% relative to the aqueous solution. The conductive polymer particles include primary conductive polymer particles, aggregates (secondary particles) of conductive polymer compounds and dopants, and powders thereof.
具体的には、導電性高分子としては、チオフェンまたはその誘導体の粒子と高分子スルホン酸からなるドーパントの固形分を混合したものを用いることが好ましい。導電性高分子分散体は、重合性モノマーであるチオフェンまたはその誘導体をドーパントとなる高分子スルホン酸の存在下で水中または水性液中で酸化重合することによって得られる。導電性高分子であるチオフェンまたはその誘導体におけるチオフェンの誘導体としては、例えば、3,4-エチレンジオキシチオフェン、3-アルキルチオフェン、3-アルコキシチオフェン、3-アルキル-4-アルコキシチオフェン、3,4-アルキルチオフェン、3,4-アルコキシチオフェンなどが挙げられる。そのアルキル基やアルコキシ基の炭素数は1~16が適しているが、特に3,4-エチレンジオキシチオフェンが好ましい。また、チオフェンに限らず、ピロールやその誘導体を用いても良い。これらの重合性モノマーから得られた導電性高分子として特に好ましいものは、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリピロールが挙げられる。 Specifically, as the conductive polymer, it is preferable to use a mixture of particles of thiophene or its derivative and a solid content of a dopant consisting of a polymeric sulfonic acid. The conductive polymer dispersion is obtained by oxidative polymerization of thiophene or its derivative as a polymerizable monomer in water or an aqueous liquid in the presence of a polymeric sulfonic acid as a dopant. Examples of thiophene derivatives in the conductive polymer thiophene or its derivatives include 3,4-ethylenedioxythiophene, 3-alkylthiophene, 3-alkoxythiophene, 3-alkyl-4-alkoxythiophene, 3,4 -alkylthiophene, 3,4-alkoxythiophene and the like. Suitably, the alkyl group or alkoxy group has 1 to 16 carbon atoms, and 3,4-ethylenedioxythiophene is particularly preferred. Moreover, not only thiophene but also pyrrole and its derivatives may be used. Particularly preferable conductive polymers obtained from these polymerizable monomers include polythiophene, polyethylenedioxythiophene, and polypyrrole.
固体電解質層が形成されたコンデンサ素子10は、電解液に浸漬され、コンデンサ素子10内の空隙部に電解液が充填される。電解液をコンデンサ素子10に充填する場合、その充填量は、コンデンサ素子10内の空隙部に電解液を充填できれば任意であるが、コンデンサ素子10内の空隙部の3~100%が好ましい。
The
本実施形態の電解液は、溶媒として水を含まない非水系電解液が用いられる。本明細書において、非水系電解液とは電解液作製時に水を添加しない電解液である。非水系電解液を用いると、溶媒として水を含む水系電解液を用いた場合と比較してESRの増加を抑制することができる。ただし、製造工程において空気中やセパレータ中に含まれる水分が固体電解コンデンサに混入するが、この固体電解コンデンサに含まれる水分量を3wt%以下に制御できれば、ESRが増加するおそれはない。 The electrolytic solution of this embodiment is a non-aqueous electrolytic solution that does not contain water as a solvent. In this specification, a non-aqueous electrolytic solution is an electrolytic solution to which water is not added during the preparation of the electrolytic solution. When a non-aqueous electrolyte is used, an increase in ESR can be suppressed compared to when an aqueous electrolyte containing water as a solvent is used. However, during the manufacturing process, moisture contained in the air or in the separator mixes into the solid electrolytic capacitor, but if the amount of moisture contained in the solid electrolytic capacitor can be controlled to 3 wt% or less, there is no risk of an increase in ESR.
電解液に使用できる溶媒としては、その沸点が120℃以上の溶媒を用いると、電解液が揮発しにくいため好ましい。溶媒の例としては、γ-ブチロラクトン、エチレングリコールなどの多価アルコール、スルホラン、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。多価アルコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,2-プロパンジオール、グリセリン、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオールなどの低分子量の多価アルコールがよい。特に、エチレングリコールを含む溶媒を用いると、初期のESR特性が良好となり、さらに高温特性も良好となる。また、混合溶媒中におけるエチレングリコールの添加量は、好ましくは5wt%以上、さらに好ましくは40wt%以上、最も好ましくは60wt%以上である。 As the solvent that can be used in the electrolytic solution, it is preferable to use a solvent whose boiling point is 120° C. or higher because the electrolytic solution is difficult to volatilize. Examples of solvents include γ-butyrolactone, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, sulfolane, dimethylformamide, and the like. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, 1,2-propanediol, glycerin, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, etc. Low molecular weight polyhydric alcohols are preferred. In particular, if a solvent containing ethylene glycol is used, the initial ESR characteristics will be good, and the high temperature characteristics will also be good. Further, the amount of ethylene glycol added in the mixed solvent is preferably 5 wt% or more, more preferably 40 wt% or more, and most preferably 60 wt% or more.
また、溶媒としてγ-ブチロラクトンを所定量添加させることで、電解液のコンデンサ素子10への含浸性を改善できる。比較的粘性の高いエチレングリコールと粘性が低いγ-ブチロラクトンを用いることで、コンデンサ素子10への含浸性を高められる。よって、初期特性及び長時間の使用での良好な特性を維持するとともに、低温での充放電特性が良好となる。混合溶媒中におけるγ-ブチロラクトンの添加量は、好ましくは、40wt%以下である。
Furthermore, by adding a predetermined amount of γ-butyrolactone as a solvent, the impregnation of the electrolyte into the
さらに、イオン伝導性物質のエチレングリコール溶媒に、スルホラン、3-メチルスルホラン、2,4-ジメチルスルホランから選ばれる少なくとも1種の溶媒を追加的に用いてもよい。これらスルホラン系の溶媒は高沸点であるため、電解液の揮発を抑制し、高温特性が良好になる。混合溶媒中のこれらスルホラン系の溶媒の添加量は、好ましくは、40wt%以下である。 Furthermore, at least one solvent selected from sulfolane, 3-methylsulfolane, and 2,4-dimethylsulfolane may be additionally used in addition to the ethylene glycol solvent of the ion-conductive substance. Since these sulfolane-based solvents have a high boiling point, they suppress volatilization of the electrolytic solution and have good high-temperature characteristics. The amount of these sulfolane solvents added in the mixed solvent is preferably 40 wt% or less.
電解液の溶質としては、脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩を含む。脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩を用いると、耐圧特性が改善されるため良い。この脂肪族カルボン酸としては、アゼライン酸、アジピン酸、1,6-デカンジカルボン酸、1,7-オクタンジカルボン酸、7-メチル-7-メトキシカルボニル-1,9-デカンジカルボン酸、7,9-ジメチル-7,9-ジメトキシカルボニル-1,11-ドデカンジカルボン酸、7,8-ジメチル-7,8-ジメトキシカルボニル-1,14-テトラデカンジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸や、その他に脂肪族モノカルボン酸や、脂肪族トリカルボン酸等の脂肪族多価カルボン酸を用いることができる。これらの脂肪族カルボン酸は、単独で又は混合して用いても良い。また、脂肪族カルボン酸は、分子量が150以上のものを用いることが好ましい。脂肪族カルボン酸の分子量が大きくなると、固体電解コンデンサの耐圧特性がさらに改善される。また、溶質として脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩以外のものを含んでも良いが、脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩を主溶質として用いることが好ましい。ここで、主溶質とは溶質全体に対して50wt%以上を占めることを指す。 The electrolytic solution contains ammonium salts of aliphatic carboxylic acids as solutes. It is preferable to use an ammonium salt of an aliphatic carboxylic acid because pressure resistance characteristics are improved. Examples of the aliphatic carboxylic acids include azelaic acid, adipic acid, 1,6-decanedicarboxylic acid, 1,7-octanedicarboxylic acid, 7-methyl-7-methoxycarbonyl-1,9-decanedicarboxylic acid, and 7,9-decanedicarboxylic acid. -Aliphatic dicarboxylic acids such as dimethyl-7,9-dimethoxycarbonyl-1,11-dodecanedicarboxylic acid, 7,8-dimethyl-7,8-dimethoxycarbonyl-1,14-tetradecanedicarboxylic acid, and other aliphatic dicarboxylic acids. Monocarboxylic acids and aliphatic polycarboxylic acids such as aliphatic tricarboxylic acids can be used. These aliphatic carboxylic acids may be used alone or in combination. Moreover, it is preferable to use an aliphatic carboxylic acid having a molecular weight of 150 or more. When the molecular weight of the aliphatic carboxylic acid increases, the voltage resistance characteristics of the solid electrolytic capacitor are further improved. Although the solute may contain something other than the ammonium salt of aliphatic carboxylic acid, it is preferable to use the ammonium salt of aliphatic carboxylic acid as the main solute. Here, the term "main solute" refers to 50 wt% or more of the total solute.
上記電解液においては、後述する実施例の結果からも明らかなとおり、溶媒に対する溶質の酸の添加量は0.6mol/kg以下とすることが好ましい。溶媒に対する溶質の酸の添加量を0.6mol/kg以下とすることで、80WV以上の高圧において、負荷試験における静電容量やESRの変化を抑制することができる。 In the above electrolytic solution, as is clear from the results of Examples described later, the amount of solute acid added to the solvent is preferably 0.6 mol/kg or less. By controlling the amount of solute acid added to the solvent to be 0.6 mol/kg or less, changes in capacitance and ESR in a load test can be suppressed at high pressures of 80 WV or higher.
さらに、電解液の添加剤として、ポリオキシエチレングリコール、ホウ酸と多糖類(マンニット、ソルビットなど)との錯化合物、ホウ酸と多価アルコールとの錯化合物、ニトロ化合物(o-ニトロ安息香酸、m-ニトロ安息香酸、p-ニトロ安息香酸、o-ニトロフェノール、m-ニトロフェノール、p-ニトロフェノールなど)、リン酸エステルなどが挙げられる。この中でも、特にホウ酸およびマンニットを添加することで、負荷試験において静電容量やESRの変化をさらに抑制することができるため好適である。 Furthermore, as additives for the electrolyte solution, polyoxyethylene glycol, complex compounds of boric acid and polysaccharides (mannitol, sorbitol, etc.), complex compounds of boric acid and polyhydric alcohols, nitro compounds (o-nitrobenzoic acid, etc.) , m-nitrobenzoic acid, p-nitrobenzoic acid, o-nitrophenol, m-nitrophenol, p-nitrophenol, etc.), phosphoric acid esters, and the like. Among these, it is particularly preferable to add boric acid and mannitol because changes in capacitance and ESR can be further suppressed in a load test.
[2.固体電解コンデンサの製造方法]
上記のような本実施形態の固体電解コンデンサの製造方法は、以下の工程を含む。
(1)コンデンサ素子を形成する工程
(2)コンデンサ素子に、固体電解質層を形成する工程
(3)コンデンサ素子内の空隙部に、電解液を充填させる工程
(4)固体電解コンデンサを形成する工程
[2. Manufacturing method of solid electrolytic capacitor]
The method for manufacturing a solid electrolytic capacitor according to the present embodiment as described above includes the following steps.
(1) Step of forming a capacitor element (2) Step of forming a solid electrolyte layer on the capacitor element (3) Step of filling the void in the capacitor element with electrolyte (4) Step of forming a solid electrolytic capacitor
以下、各工程について、詳細に説明する。
(1)コンデンサ素子を形成する工程
コンデンサ素子10を形成する工程では、陽極箔1と陰極箔2と、をセパレータ3を介して巻回したコンデンサ素子10を形成する。陽極箔1は、例えば、アルミニウムなどの平板状の弁作用金属箔をエッチング処理し、さらに化成処理により誘電体皮膜を形成したエッチング箔により形成する。陰極箔2は、例えば陽極箔1と同様に平板状の金属箔をエッチング処理したエッチング箔により形成する。陽極箔1と陰極箔2には、それぞれリード線4,5が接続される。コンデンサ素子10は、以上のような陽極箔1と陰極箔2とを、セパレータ3を間に挟むようにして巻き取ることで形成されている。なお、形成されたコンデンサ素子10を、修復液に浸漬して修復化成を行っても良い。浸漬時間は、5~120分とすることが好ましい。
Each step will be explained in detail below.
(1) Step of forming capacitor element In the step of forming
(2)コンデンサ素子に、固体電解質層を形成する工程
コンデンサ素子10を、導電性高分子分散体に浸漬後、乾燥させ、固体電解質層7を形成する。コンデンサ素子10を導電性高分子分散体に浸漬する時間は、コンデンサ素子10の大きさによって決まるが、直径5mm×高さ3mm程度のコンデンサ素子では5秒以上、直径9mm×高さ5mm程度のコンデンサ素子では10秒以上が望ましく、最低でも5秒間は浸漬することが必要である。なお、長時間浸漬しても特性上の弊害はない。また、このように浸漬した後、減圧状態で保持すると好適である。その理由は、揮発性溶媒の残留量が少なくなるためであると考えられる。導電性高分子分散体の含浸ならびに乾燥は、必要に応じて複数回行ってもよい。
(2) Step of forming a solid electrolyte layer on a capacitor element After immersing the
コンデンサ素子10に導電性高分子分散体を浸漬した後、所定温度でコンデンサ素子10を乾燥する。乾燥温度は100~160℃、乾燥時間は0.5~3時間が好ましい。この乾燥工程を経ることで、導電性高分子を含む固体電解質層がコンデンサ素子10中、特にエッチング箔のエッチングピット内の誘電体皮膜の上に形成される。
After the
(3)コンデンサ素子内の空隙部に、電解液を充填させる工程
固体電解質層7が形成されたコンデンサ素子10を電解液に浸漬し、コンデンサ素子10内の空隙部に電解液を充填させる。
(3) Step of filling the void within the capacitor element with an electrolyte The
(4)固体電解コンデンサを形成する工程
コンデンサ素子10は、電解液とともに外装ケースに挿入され、開口端部に封口ゴムを装着して、加締め加工によって封止する。その後、エージングを行い、固体電解コンデンサを作製する。また外装ケース以外にも、コンデンサ素子10をエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂により外装を被覆し、エージングを行い固体電解コンデンサを作製することもできる。
(4) Step of forming a solid electrolytic capacitor The
[3.作用効果]
(1)本実施形態の固体電解コンデンサは、陽極箔1と陰極箔2と、がセパレータ3を介して巻回されたコンデンサ素子10を有し、コンデンサ素子10は、固体電解質層を有し、コンデンサ素子10内の空隙部には、電解液が充填され、電解液は、溶質として脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩と、溶媒として多価アルコールと、を含み、溶媒に対する溶質の酸の添加量が0.6mol/kg以下である。
[3. Effect】
(1) The solid electrolytic capacitor of this embodiment has a
以上の通り、電解液は、溶質として脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩と、溶媒として多価アルコールと、を含む。溶質として脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩を用いた場合、80WV以上の高圧において耐圧特性が改善される。また、溶媒に対する溶質の酸の添加量を0.6mol/kg以下とすることで、80WV以上の高圧において、静電容量やESRの変化を抑制することができる。 As mentioned above, the electrolytic solution contains an ammonium salt of an aliphatic carboxylic acid as a solute and a polyhydric alcohol as a solvent. When an ammonium salt of an aliphatic carboxylic acid is used as a solute, pressure resistance characteristics are improved at high pressures of 80 WV or higher. Further, by setting the amount of solute acid added to the solvent to be 0.6 mol/kg or less, changes in capacitance and ESR can be suppressed at high pressures of 80 WV or higher.
エチレングリコールなどの多価アルコールを含む溶媒を用いた場合、エチレングリコールを含まない溶媒を用いた場合と比較して、初期のESRが低下するとともに、長時間の使用において静電容量の変化率(ΔCap)が小さいことが判明している。その理由は、エチレングリコールなどの多価アルコールは、導電性ポリマーのポリマー鎖の伸張を促進する効果があるため、電導度が向上し、ESRが低下すると考えられる。 When a solvent containing a polyhydric alcohol such as ethylene glycol is used, the initial ESR is lower than when a solvent containing no ethylene glycol is used, and the rate of change in capacitance ( ΔCap) is found to be small. The reason for this is thought to be that polyhydric alcohols such as ethylene glycol have the effect of promoting the extension of the polymer chains of the conductive polymer, thereby improving the conductivity and reducing the ESR.
特に、溶質として脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩を用い、溶媒としてエチレングリコールなどの多価アルコールを用いた電解液においては、固体電解コンデンサが熱雰囲気下に晒されることで電解液中のエステル化反応によって多価アルコールとカルボン酸のエステルが生成される。アミン塩などにおいては、このエステル化反応によってアミニウムイオンがプロトンを失ってガス化するが、沸点が高いため、コンデンサケース内に残留し、この結果電解液のpHが過剰に変化することになり、導電性高分子の劣化が生じ易くなる。しかし、本発明のように溶質として用いた脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩においては、エステル化によってアンモニウムイオンがプロトンを失ってガス化して蒸散していくため、熱雰囲気下に晒されることで電解液のpHの過剰な変化が生じにくく、導電性高分子の劣化が低減されると考えられる。 In particular, in electrolytes that use ammonium salts of aliphatic carboxylic acids as solutes and polyhydric alcohols such as ethylene glycol as solvents, solid electrolytic capacitors are exposed to a hot atmosphere, causing esterification reactions in the electrolytes. esters of polyhydric alcohols and carboxylic acids are produced. In the case of amine salts, aminium ions lose protons and gasify through this esterification reaction, but because of their high boiling point, they remain in the capacitor case, resulting in excessive changes in the pH of the electrolyte. , deterioration of the conductive polymer is likely to occur. However, in the ammonium salt of aliphatic carboxylic acid used as a solute as in the present invention, ammonium ions lose protons through esterification, gasify, and evaporate. It is thought that excessive changes in the pH of the conductive polymer are less likely to occur, and deterioration of the conductive polymer is reduced.
また、種々の溶質を評価した結果、脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩は、電解液としての化成性の向上に加え、導電性高分子との相性が良く、高温耐久試験における固体電解質層を劣化させにくいものと考えられ、これは溶質濃度が低いほど固体電解質層の劣化が抑制されるものと考えられる。以上のように、本実施形態によれば、80WV以上の高圧用途での特性に優れた固体電解コンデンサおよび固体電解コンデンサの製造方法を提供することができる。 Additionally, as a result of evaluating various solutes, we found that ammonium salts of aliphatic carboxylic acids not only have improved chemical formation properties as electrolytes, but also have good compatibility with conductive polymers and do not cause deterioration of the solid electrolyte layer in high-temperature durability tests. This is thought to be because the lower the solute concentration, the more suppressed is the deterioration of the solid electrolyte layer. As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a solid electrolytic capacitor with excellent characteristics in high voltage applications of 80 WV or higher and a method for manufacturing the solid electrolytic capacitor.
(2)多価アルコールが、エチレングリコールであっても良い。
γ-ブチロラクトンやスルホランよりも、エチレングリコールのようなヒドロキシル基を有するプロトン性溶媒の方がセパレータや電極箔、導電性ポリマーとの親和性が高い。そのため、固体電解コンデンサ使用時の電解液が揮発する過程において、セパレータや電極箔、導電性高分子と電解液との間で電荷の受け渡しが行われやすく、静電容量変化率(ΔCap)が小さくなると考えられる。
(2) The polyhydric alcohol may be ethylene glycol.
A protic solvent having a hydroxyl group such as ethylene glycol has a higher affinity with separators, electrode foils, and conductive polymers than γ-butyrolactone or sulfolane. Therefore, during the process of electrolyte volatilization when using a solid electrolytic capacitor, charge is easily transferred between the separator, electrode foil, conductive polymer, and electrolyte, resulting in a small capacitance change rate (ΔCap). It is considered to be.
(3)電解液が、溶媒として水を含まない非水系電解液であっても良い。
溶媒として水を含む水系電解液を用いると、電極箔や固体電解質層の導電性高分子に劣化が生じ、ESRが上昇するおそれがある。本実施形態では溶媒として水を含まない非水系電解液を用いているため、水系電解液を用いた場合と比較してESRの増加を抑制することができる。
(3) The electrolytic solution may be a non-aqueous electrolytic solution that does not contain water as a solvent.
If an aqueous electrolytic solution containing water is used as a solvent, there is a risk that the conductive polymer of the electrode foil and the solid electrolyte layer will deteriorate and the ESR will increase. In this embodiment, since a non-aqueous electrolytic solution containing no water is used as a solvent, an increase in ESR can be suppressed compared to the case where an aqueous electrolytic solution is used.
(4)電解液が、ホウ酸およびマンニットをさらに含んでいても良い。
電解液にホウ酸およびマンニットを添加することにより、負荷試験において静電容量やESRの変化をさらに抑制することができる。
(4) The electrolytic solution may further contain boric acid and mannitol.
By adding boric acid and mannitol to the electrolytic solution, changes in capacitance and ESR can be further suppressed in a load test.
(5)脂肪族カルボン酸の分子量が150以上であっても良い。
分子量が150以上の脂肪族カルボン酸を用いることで、80WVを超える高圧における耐圧特性をさらに改善することができる。
(5) The molecular weight of the aliphatic carboxylic acid may be 150 or more.
By using an aliphatic carboxylic acid having a molecular weight of 150 or more, the pressure resistance characteristics at high pressures exceeding 80 WV can be further improved.
以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail based on Examples. Note that the present invention is not limited to the following examples.
(1)固体電解コンデンサの耐圧試験(定格電圧80WV)
まず、定格電圧80WVの固体電解コンデンサの耐圧試験を行うため、以下の固体電解コンデンサを作製した。
(1) Withstand voltage test of solid electrolytic capacitor (rated voltage 80WV)
First, in order to conduct a withstand voltage test on a solid electrolytic capacitor with a rated voltage of 80 WV, the following solid electrolytic capacitor was manufactured.
<実施例1の固体電解コンデンサの作製>
表面に誘電体皮膜層が形成された陽極箔と、陰極箔と、に電極引き出し手段であるリード線を接続し、両電極箔をマニラ系セパレータを介して巻回し、素子形状が直径8mm×高さ10mmのコンデンサ素子を形成した。そして、このコンデンサ素子をリン酸二水素アンモニウム水溶液に40分間浸漬して、修復化成を行った。
<Production of solid electrolytic capacitor of Example 1>
A lead wire, which is an electrode extraction means, is connected to the anode foil with a dielectric film layer formed on the surface and the cathode foil, and both electrode foils are wound through a manila separator, so that the element shape is 8 mm in diameter x height. A capacitor element with a diameter of 10 mm was formed. Then, this capacitor element was immersed in an aqueous ammonium dihydrogen phosphate solution for 40 minutes to perform repair chemical conversion.
その後、PEDOTの粒子と、ポリスチレンスルホン酸と、を水溶液に分散した導電性高分子分散体を作製した。コンデンサ素子を導電性高分子分散体に浸漬し、コンデンサ素子を引き上げて150℃で30分間乾燥した。コンデンサ素子は、導電性高分子分散体への浸漬および乾燥が複数回繰り返され、コンデンサ素子に導電性高分子からなる固体電解質層を形成した。 Thereafter, a conductive polymer dispersion was prepared by dispersing PEDOT particles and polystyrene sulfonic acid in an aqueous solution. The capacitor element was immersed in the conductive polymer dispersion, and the capacitor element was pulled out and dried at 150° C. for 30 minutes. The capacitor element was immersed in a conductive polymer dispersion and dried multiple times to form a solid electrolyte layer made of a conductive polymer on the capacitor element.
次に、エチレングリコールに対して、アゼライン酸アンモニウム塩を添加して電解液を作製した。アゼライン酸アンモニウム塩の添加量の内訳は、溶媒に対しアゼライン酸を0.09mol/kg、アンモニウムイオンを0.09mol/kgであった。また、添加剤として、電解液中にリン酸エステルおよびp-ニトロ安息香酸を合計2wt%添加した。コンデンサ素子を作製した電解液に浸漬した後、有底筒状の外装ケースに挿入し、開口端部に封口ゴムを装着して、加締め加工によって封止した。その後、電圧印加によってエージングを行い、固体電解コンデンサを形成した。なお、この固体電解コンデンサの定格容量は39μFである。 Next, ammonium azelate salt was added to ethylene glycol to prepare an electrolytic solution. The breakdown of the amount of azelaic acid ammonium salt added was 0.09 mol/kg of azelaic acid and 0.09 mol/kg of ammonium ion relative to the solvent. Further, as additives, a total of 2 wt % of phosphoric acid ester and p-nitrobenzoic acid were added to the electrolyte. After immersing the capacitor element in the prepared electrolytic solution, it was inserted into a cylindrical outer case with a bottom, a sealing rubber was attached to the open end, and the capacitor element was sealed by crimping. Thereafter, aging was performed by applying a voltage to form a solid electrolytic capacitor. Note that the rated capacity of this solid electrolytic capacitor is 39 μF.
<実施例2の固体電解コンデンサの作製>
アゼライン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アゼライン酸を0.26mol/kg、アンモニウムイオンを0.26mol/kgとしたこと以外は、実施例1と同様に作製した。
<Production of solid electrolytic capacitor of Example 2>
It was produced in the same manner as in Example 1, except that the details of the amounts of azelaic acid ammonium salt added were 0.26 mol/kg for azelaic acid and 0.26 mol/kg for ammonium ions.
<実施例3の固体電解コンデンサの作製>
アゼライン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アゼライン酸を0.37mol/kg、アンモニウムイオンを0.37mol/kgとしたこと以外は、実施例1と同様に作製した。
<Production of solid electrolytic capacitor of Example 3>
It was produced in the same manner as in Example 1, except that the contents of the azelaic acid ammonium salt added were 0.37 mol/kg for azelaic acid and 0.37 mol/kg for ammonium ion.
<実施例4の固体電解コンデンサの作製>
アゼライン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アゼライン酸を0.60mol/kg、アンモニウムイオンを0.60mol/kgとしたこと以外は、実施例1と同様に作製した。
<Production of solid electrolytic capacitor of Example 4>
It was produced in the same manner as in Example 1, except that the details of the amounts of azelaic acid ammonium salt added were 0.60 mol/kg for azelaic acid and 0.60 mol/kg for ammonium ions.
<実施例5の固体電解コンデンサの作製>
電解液の添加剤として、リン酸エステル、p-ニトロ安息香酸、ホウ酸、およびマンニットを合計2.8wt%添加したこと以外は、実施例1と同様に作製した。
<Production of solid electrolytic capacitor of Example 5>
It was produced in the same manner as in Example 1, except that a total of 2.8 wt% of phosphate ester, p-nitrobenzoic acid, boric acid, and mannitol were added as additives to the electrolytic solution.
<実施例6の固体電解コンデンサの作製>
アゼライン酸アンモニウム塩を、アジピン酸アンモニウム塩とした。アジピン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アジピン酸を0.06mol/kg、アンモニウムイオンを0.06mol/kgとした。それ以外は、実施例1と同様に作製した。
<Production of solid electrolytic capacitor of Example 6>
Azelaic acid ammonium salt was converted into adipic acid ammonium salt. The details of the amount of ammonium adipic acid added were 0.06 mol/kg for adipic acid and 0.06 mol/kg for ammonium ion. Other than that, it was produced in the same manner as in Example 1.
<実施例7の固体電解コンデンサの作製>
アジピン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アジピン酸を0.10mol/kg、アンモニウムイオンを0.10mol/kgとしたこと以外は、実施例6と同様に作製した。
<Production of solid electrolytic capacitor of Example 7>
It was produced in the same manner as in Example 6, except that the amounts of ammonium adipic acid added were 0.10 mol/kg for adipic acid and 0.10 mol/kg for ammonium ions.
<実施例8の固体電解コンデンサの作製>
アジピン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アジピン酸を0.16mol/kg、アンモニウムイオンを0.16mol/kgとしたこと以外は、実施例6と同様に作製した。
<Production of solid electrolytic capacitor of Example 8>
It was produced in the same manner as in Example 6, except that the amounts of ammonium adipic acid added were 0.16 mol/kg for adipic acid and 0.16 mol/kg for ammonium ions.
<実施例9の固体電解コンデンサの作製>
アジピン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アジピン酸を0.20mol/kg、アンモニウムイオンを0.20mol/kgとしたこと以外は、実施例6と同様に作製した。
<Production of solid electrolytic capacitor of Example 9>
It was produced in the same manner as in Example 6, except that the amounts of ammonium adipic acid added were 0.20 mol/kg for adipic acid and 0.20 mol/kg for ammonium ions.
<実施例10の固体電解コンデンサの作製>
アゼライン酸アンモニウム塩を、1,6-デカンジカルボン酸アンモニウム塩とした。1,6-デカンジカルボン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、1,6-デカンジカルボン酸を0.09mol/kg、アンモニウムイオンを0.09mol/kgとした。それ以外は、実施例1と同様に作製した。なお、この固体電解コンデンサの定格容量は22μFである。
<Production of solid electrolytic capacitor of Example 10>
Azelaic acid ammonium salt was changed to 1,6-decanedicarboxylic acid ammonium salt. The details of the amount of 1,6-decanedicarboxylic acid ammonium salt added were 0.09 mol/kg for 1,6-decanedicarboxylic acid and 0.09 mol/kg for ammonium ion. Other than that, it was produced in the same manner as in Example 1. Note that the rated capacity of this solid electrolytic capacitor is 22 μF.
<実施例11の固体電解コンデンサの作製>
アゼライン酸アンモニウム塩を、1,7-オクタンジカルボン酸アンモニウム塩、7-メチル-7-メトキシカルボニル-1,9-デカンジカルボン酸アンモニウム塩、7,9-ジメチル-7,9-ジメトキシカルボニル-1,11-ドデカンジカルボン酸アンモニウム塩、7,8-ジメチル-7,8-ジメトキシカルボニル-1,14-テトラデカンジカルボン酸アンモニウム塩とした。溶質の添加量の内訳を、1,7-オクタンジカルボン酸を0.05mol/kg、7-メチル-7-メトキシカルボニル-1,9-デカンジカルボン酸を0.01mol/kg、7,9-ジメチル-7,9-ジメトキシカルボニル-1,11-ドデカンジカルボン酸を0.01mol/kg、7,8-ジメチル-7,8-ジメトキシカルボニル-1,14-テトラデカンジカルボン酸を0.02mol/kg、アンモニウムイオンを0.09mol/kgとした。それ以外は、実施例1と同様に作製した。なお、この固体電解コンデンサの定格容量は22μFである。
<Production of solid electrolytic capacitor of Example 11>
Azelaic acid ammonium salt, 1,7-octanedicarboxylic acid ammonium salt, 7-methyl-7-methoxycarbonyl-1,9-decanedicarboxylic acid ammonium salt, 7,9-dimethyl-7,9-dimethoxycarbonyl-1, 11-dodecanedicarboxylic acid ammonium salt and 7,8-dimethyl-7,8-dimethoxycarbonyl-1,14-tetradecanedicarboxylic acid ammonium salt. The breakdown of the amount of solutes added is as follows: 1,7-octanedicarboxylic acid 0.05 mol/kg, 7-methyl-7-methoxycarbonyl-1,9-decanedicarboxylic acid 0.01 mol/kg, 7,9-dimethyl -7,9-dimethoxycarbonyl-1,11-dodecanedicarboxylic acid 0.01 mol/kg, 7,8-dimethyl-7,8-dimethoxycarbonyl-1,14-tetradecanedicarboxylic acid 0.02 mol/kg, ammonium The ion was set at 0.09 mol/kg. Other than that, it was produced in the same manner as in Example 1. Note that the rated capacity of this solid electrolytic capacitor is 22 μF.
<比較例1の固体電解コンデンサの作製>
アゼライン酸アンモニウム塩を、フタル酸トリエチルアミン塩とした。フタル酸トリエチルアミン塩の添加量の内訳を、フタル酸を0.60mol/kg、トリエチルアミンを0.47mol/kgとした。それ以外は、実施例1と同様に作製した。
<Production of solid electrolytic capacitor of Comparative Example 1>
Azelaic acid ammonium salt was converted into phthalic acid triethylamine salt. The breakdown of the amount of triethylamine phthalate added was 0.60 mol/kg for phthalic acid and 0.47 mol/kg for triethylamine. Other than that, it was produced in the same manner as in Example 1.
<比較例2の固体電解コンデンサの作製>
アゼライン酸アンモニウム塩を、アゼライン酸トリエチルアミン塩とした。アゼライン酸トリエチルアミン塩の添加量の内訳を、アゼライン酸を0.60mol/kg、トリエチルアミンを0.47mol/kgとした。それ以外は、実施例1と同様に作製した。
<Production of solid electrolytic capacitor of Comparative Example 2>
Azelaic acid ammonium salt was made into azelaic acid triethylamine salt. The breakdown of the amount of azelaic acid triethylamine salt added was 0.60 mol/kg for azelaic acid and 0.47 mol/kg for triethylamine. Other than that, it was produced in the same manner as in Example 1.
<比較例3の固体電解コンデンサの作製>
アゼライン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アゼライン酸を0.81mol/kg、アンモニウムイオンを0.81mol/kgとしたこと以外は、実施例1と同様に作製した。
<Production of solid electrolytic capacitor of Comparative Example 3>
It was produced in the same manner as in Example 1, except that the details of the amounts of azelaic acid ammonium salt added were 0.81 mol/kg for azelaic acid and 0.81 mol/kg for ammonium ions.
以上のようにして作製した固体電解コンデンサに電圧を印加し、80WVの固体電解コンデンサに必要な誘電体皮膜の皮膜耐圧まで電圧が上昇するかを確認した結果を表1に示す。表1において、マル印は電極箔の皮膜耐圧まで電圧が上昇した固体電解コンデンサである。また、バツ印は電極箔の皮膜耐圧まで電圧が上昇せずにショートした固体電解コンデンサである。
表1からも明らかな通り、アゼライン酸を用いた実施例1~5、アジピン酸を用いた実施例6~9、1,6-デカンジカルボン酸を用いた実施例10、および複数の脂肪族カルボン酸の混合溶質を用いた実施例11の全てにおいて、電極箔の皮膜耐圧まで電圧が上昇した。また、実施例1から11と同様に、脂肪族カルボン酸を用いた比較例2および3についても、電極箔の皮膜耐圧まで電圧が上昇した。しかし、芳香族カルボン酸であるフタル酸を用いた比較例1では、電極箔の皮膜耐圧まで電圧が上昇せずにショートした。 As is clear from Table 1, Examples 1 to 5 using azelaic acid, Examples 6 to 9 using adipic acid, Example 10 using 1,6-decanedicarboxylic acid, and multiple aliphatic carboxylic acids. In all of Example 11 using a mixed acid solute, the voltage increased to the withstand voltage of the electrode foil film. Further, as in Examples 1 to 11, in Comparative Examples 2 and 3 using aliphatic carboxylic acids, the voltage increased to the withstand voltage of the electrode foil film. However, in Comparative Example 1 using phthalic acid, which is an aromatic carboxylic acid, the voltage did not rise to the withstand voltage of the electrode foil film and a short circuit occurred.
(2)固体電解コンデンサの耐圧試験(定格電圧100WV)
次に、定格電圧100WVの固体電解コンデンサの耐圧試験を行うため、以下の固体電解コンデンサをさらに作製した。
(2) Withstand voltage test of solid electrolytic capacitor (rated voltage 100WV)
Next, in order to perform a voltage resistance test on a solid electrolytic capacitor with a rated voltage of 100 WV, the following solid electrolytic capacitor was further produced.
<実施例12の固体電解コンデンサの作製>
固体電解コンデンサの定格容量を18μFとした以外は、実施例4と同様に作製した。
<Production of solid electrolytic capacitor of Example 12>
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 4 except that the rated capacity of the solid electrolytic capacitor was 18 μF.
<実施例13の固体電解コンデンサの作製>
アゼライン酸アンモニウム塩を、アジピン酸アンモニウム塩とした。アジピン酸アンモニウム塩の添加量の内訳を、アジピン酸を0.60mol/kg、アンモニウムイオンを0.60mol/kgとした。それ以外は、実施例12と同様に作製した。
<Production of solid electrolytic capacitor of Example 13>
Azelaic acid ammonium salt was converted into adipic acid ammonium salt. The details of the amount of ammonium adipic acid added were 0.60 mol/kg for adipic acid and 0.60 mol/kg for ammonium ion. Other than that, it was produced in the same manner as in Example 12.
以上のようにして作製した固体電解コンデンサに電圧を印加し、100WVの固体電解コンデンサに必要な誘電体皮膜の皮膜耐圧まで電圧が上昇するかを確認した結果を表2に示す。表2において、マル印は電極箔の皮膜耐圧まで電圧が上昇した固体電解コンデンサである。また、バツ印は電極箔の皮膜耐圧まで電圧が上昇せずにショートした固体電解コンデンサである。
表2からも明らかな通り、100WVの耐圧試験では、アゼライン酸を用いた実施例12では、電極箔の皮膜耐圧まで電圧が上昇した。一方、アジピン酸を用いた実施例13では、電極箔の皮膜耐圧まで電圧が上昇せずにショートした。アジピン酸を用いた固体電解コンデンサは、80WVの耐圧試験では皮膜耐圧まで電圧が上昇したが、100WVでは電圧が上昇せずショートした。これは、アジピン酸の分子量が146.1であることに原因があると考えられる。100WVの耐圧試験においても結果が良好であったアゼライン酸の分子量は188.22である。よって、脂肪族カルボン酸の分子量が大きくなると、固体電解コンデンサの耐圧特性が向上することが分かる。特に、分子量が150以上であると耐圧特性が向上されることがわかった。 As is clear from Table 2, in the 100 WV withstand voltage test, in Example 12 using azelaic acid, the voltage increased to the film withstand voltage of the electrode foil. On the other hand, in Example 13 using adipic acid, a short circuit occurred without the voltage rising to the film breakdown voltage of the electrode foil. In a solid electrolytic capacitor using adipic acid, the voltage increased to the film withstand voltage in an 80 WV withstand voltage test, but the voltage did not increase and a short circuit occurred at 100 WV. This is considered to be due to the fact that the molecular weight of adipic acid is 146.1. The molecular weight of azelaic acid, which gave good results in the 100 WV pressure test, is 188.22. Therefore, it can be seen that as the molecular weight of the aliphatic carboxylic acid increases, the withstand voltage characteristics of the solid electrolytic capacitor improve. In particular, it has been found that pressure resistance characteristics are improved when the molecular weight is 150 or more.
(3)初期および負荷試験後のコンデンサ特性
上記実施例1~11、比較例2および3の固体電解コンデンサについて、初期のESRおよび誘電損失(tanδ)を測定した。なお、誘電損失は120kHz(20℃)、ESR特性は100kHz(20℃)における値を示す。また、上述の通り、実施例1~9、比較例2および3の容量は39μF、実施例10および11の容量は22μFである。
(3) Capacitor characteristics at initial stage and after load test The initial ESR and dielectric loss (tan δ) of the solid electrolytic capacitors of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 2 and 3 were measured. Note that the dielectric loss shows the value at 120 kHz (20°C), and the ESR characteristic shows the value at 100 kHz (20°C). Further, as described above, the capacitance of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 2 and 3 is 39 μF, and the capacitance of Examples 10 and 11 is 22 μF.
さらに、各固体電解コンデンサについて、125℃において定格電圧80WVで高温負荷試験を行い、500時間経過後および1500時間経過後のESR変化率(ΔESR)、および誘電損失変化率(Δtanδ)を算出した。表3に500時間経過後の結果を示す。
表3からも明らかな通り、負荷試験500時間経過後の結果では、ホウ酸およびマンニットを添加した実施例5において、ESR変化率および誘電損失変化率が最も低い値となった。実施例1~4より、溶質の酸の添加量が増加するにつれ、誘電損失変化率およびESR変化率が大きくなることがわかった。また、アゼライン酸を0.81mol/kg添加した比較例3において、ESRの変化率が高くなった。一方、溶質の酸の添加量が0.6mol/kg以下の実施例1~11、および比較例2では、ESR変化率が比較例3よりも小さい値となった。 As is clear from Table 3, in the results after 500 hours of the load test, the ESR change rate and dielectric loss change rate were the lowest in Example 5 in which boric acid and mannitol were added. From Examples 1 to 4, it was found that as the amount of solute acid added increased, the dielectric loss change rate and ESR change rate increased. Furthermore, in Comparative Example 3 in which 0.81 mol/kg of azelaic acid was added, the rate of change in ESR was high. On the other hand, in Examples 1 to 11 and Comparative Example 2 in which the amount of solute acid added was 0.6 mol/kg or less, the ESR change rate was smaller than that in Comparative Example 3.
次に、表4に、1500時間経過後の結果を示す。
表4からも明らかな通り、負荷試験1500時間経過後の結果においても、他の実施例および比較例と比較して、ホウ酸およびマンニットを添加した実施例5において、ESR変化率および誘電損失変化率が最も低い値となった。さらに、実施例1~4より、溶質の酸の添加量が増加するにつれ、誘電損失変化率およびESR変化率が増大することがわかった。また、脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩を用いず、トリエチルアミン塩を用いた比較例2において、誘電損失変化率およびESR変化率の値が著しく上昇した。一方、脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩を用いた実施例1~9では、ESR変化率および誘電損失変化率が比較例2よりも小さい値となった。 As is clear from Table 4, in the results after 1500 hours of the load test, the ESR change rate and dielectric loss were higher in Example 5, in which boric acid and mannitol were added, compared to other examples and comparative examples. The rate of change was the lowest value. Furthermore, from Examples 1 to 4, it was found that as the amount of solute acid added increased, the dielectric loss change rate and the ESR change rate increased. Furthermore, in Comparative Example 2 in which the ammonium salt of aliphatic carboxylic acid was not used but the triethylamine salt was used, the values of the dielectric loss change rate and the ESR change rate increased significantly. On the other hand, in Examples 1 to 9 using ammonium salts of aliphatic carboxylic acids, the ESR change rate and dielectric loss change rate were smaller than those in Comparative Example 2.
また、アゼライン酸を0.81mol/kg添加した比較例3において、ESR変化率に加え、誘電損失変化率も高い結果となった。一方、脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩を添加し、かつ、溶質の酸の添加量が0.6mol/kg以下の実施例1~9では、ESR変化率および誘電損失変化率が比較例3よりも小さい値となった。 Furthermore, in Comparative Example 3 in which 0.81 mol/kg of azelaic acid was added, not only the ESR change rate but also the dielectric loss change rate was high. On the other hand, in Examples 1 to 9 in which the ammonium salt of aliphatic carboxylic acid was added and the amount of solute acid added was 0.6 mol/kg or less, the ESR change rate and dielectric loss change rate were higher than those in Comparative Example 3. It became a small value.
1 陽極箔
2 陰極箔
3 セパレータ
4,5 リード線
10 コンデンサ素子
1 Anode foil 2 Cathode foil 3
Claims (6)
前記コンデンサ素子は、導電性高分子を含む固体電解質層を有し、
前記コンデンサ素子内の空隙部には、電解液が充填され、
前記電解液は、溶質として脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩と、溶媒として多価アルコールと、を含み、
前記溶媒に対する前記溶質である脂肪族カルボン酸の添加量が0.6mol/kg以下であり、
前記溶質は分子量150以上の脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩を溶質全体に対して50wt%以上含むことを特徴とする固体電解コンデンサ。 It has a capacitor element in which an anode foil and a cathode foil are wound through a separator,
The capacitor element has a solid electrolyte layer containing a conductive polymer,
The void within the capacitor element is filled with an electrolyte,
The electrolytic solution contains an ammonium salt of an aliphatic carboxylic acid as a solute and a polyhydric alcohol as a solvent,
The amount of the aliphatic carboxylic acid as the solute added to the solvent is 0.6 mol/kg or less,
A solid electrolytic capacitor , wherein the solute contains an ammonium salt of an aliphatic carboxylic acid having a molecular weight of 150 or more in an amount of 50 wt % or more based on the total solute .
前記コンデンサ素子を、導電性高分子の分散体に浸漬後、乾燥させ、導電性高分子を含む固体電解質層を形成する工程と、
前記固体電解質層が形成されたコンデンサ素子を、溶質として脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩と、溶媒として多価アルコールと、を含む電解液に浸漬し、前記コンデンサ素子内の空隙部に電解液を充填する工程と、
を含み、
前記溶媒に対する前記溶質である脂肪族カルボン酸の添加量が0.6mol/kg以下であり、
前記溶質は分子量150以上の脂肪族カルボン酸のアンモニウム塩を溶質全体に対して50wt%以上含むことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
a step of forming a capacitor element by winding an anode foil and a cathode foil with a separator interposed therebetween;
immersing the capacitor element in a conductive polymer dispersion and then drying it to form a solid electrolyte layer containing the conductive polymer;
The capacitor element on which the solid electrolyte layer is formed is immersed in an electrolytic solution containing an ammonium salt of an aliphatic carboxylic acid as a solute and a polyhydric alcohol as a solvent, and the voids in the capacitor element are filled with the electrolytic solution. The process of
including;
The amount of the aliphatic carboxylic acid as the solute added to the solvent is 0.6 mol/kg or less,
A method for producing a solid electrolytic capacitor , wherein the solute contains an ammonium salt of an aliphatic carboxylic acid having a molecular weight of 150 or more at 50 wt % or more based on the total solute .
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