JP7574133B2 - 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 - Google Patents
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Description
具体的には、導電性高分子層に、酸化防止剤として含まれるベンゼントリオールおよび/またはベンゼントリオールの誘導体により、導電性高分子層に酸素が流入しても、導電性高分子の熱酸化劣化が抑制されると考えられる。また、導電性高分子層の表面に、酸化防止剤としてベンゼントリオールおよび/またはベンゼントリオールの誘導体を含む有機溶媒層が形成されるとともに、有機溶媒層に存在する酸化防止剤がある程度確保されている。これにより、誘電体酸化皮膜の表面に存在する導電性高分子の熱酸化劣化が十分に抑制されると考えられる。
これらにより、高温環境下において従来より低いE.S.R.を維持可能となることがわかった。
<従来条件1>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液(酸化防止剤を含まない)
有機溶媒層:なし
<従来条件2>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液(酸化防止剤を含まない)
有機溶媒層:ピロガロール(濃度 0.5wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
「PEG400」とは、数平均分子量が400のポリエチレングリコールである。
<従来条件3>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ピロガロール(濃度 0.5wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ポリエチレングリコール(PEG400)溶液(酸化防止剤を含まない)
<実施例1>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ピロガロール(濃度 0.2wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ピロガロール(濃度 0.2wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:1
<実施例2>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ピロガロール(濃度 0.2wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ピロガロール(濃度 5.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:25
<実施例3>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ピロガロール(濃度 0.5wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ピロガロール(濃度 1.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:2
<実施例4>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ピロガロール(濃度 0.5wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ピロガロール(濃度 5.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:10
<実施例5>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ピロガロール(濃度 0.5wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ピロガロール(濃度 10.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:20
<実施例6>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ピロガロール(濃度 2.0wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ピロガロール(濃度 5.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:2.5
<実施例7>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ピロガロール(濃度 0.2wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ピロガロール(濃度 10.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:50
<実施例8>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、フロログルシノール(濃度 0.5wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:フロログルシノール(濃度 5.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:10
<実施例9>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、フロログルシノール(濃度 1.0wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:フロログルシノール(濃度 5.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:5
<実施例10>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ヒドロキシノール(濃度 0.5wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ヒドロキシノール(濃度 5.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:10
<実施例11>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、没食子酸プロピル(濃度 0.5wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:没食子酸プロピル(濃度 5.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:10
<実施例12>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ピロガロール(濃度 0.5wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:フロログルシノール(濃度 5.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:10
<実施例13>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ヒドロキシノール(濃度 0.5wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ピロガロール(濃度 5.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:10
<比較例1>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ピロガロール(濃度 0.2wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ピロガロール(濃度 0.1wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:0.5
<比較例2>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ピロガロール(濃度 1.0wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ピロガロール(濃度 0.5wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:0.5
<比較例3>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ピロガロール(濃度 5.0wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ピロガロール(濃度 0.5wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:0.1
<比較例4>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ピロガロール(濃度 10.0wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ピロガロール(濃度 0.5wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:0.05
<比較例5>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、カテコール(濃度 0.5wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:カテコール(濃度 5.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:10
<比較例6>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、p-ニトロフェノール(濃度 0.5wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:p-ニトロフェノール(濃度 5.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:10
<比較例7>
導電性高分子層:PEDOT/PSS(濃度 2.0wt%)と、ヒドロキシノール(濃度 5.0wt%)と、エチレングリコール(濃度 10wt%)とを混合した分散液
有機溶媒層:ピロガロール(濃度 1.0wt%)を含むポリエチレングリコール(PEG400)溶液
導電性高分子層に含まれる酸化防止剤:有機溶媒層に含まれる酸化防止剤=1:0.2
初期特性として、20℃の環境下で、電解コンデンサの等価直列抵抗(E.S.R.)を測定した。
次に、150℃の高温雰囲気で、電解コンデンサに定格電圧(63V)を印加した状態を1000時間保持した後(以下、「高温試験後」と称することがある)、コンデンサの等価直列抵抗(E.S.R.)を測定した。
表1において、「Avg.」はE.S.R.の相加平均値(n=30)である。「150℃定格印加試験 1000時間経過後」(「高温試験後」)の「c.f.」は、初期E.S.R.に対する高温試験後のE.S.R.の上昇率である。「c.f.」は、以下の式から算出したものである。
c.f.=(高温試験後のAvg.のE.S.R. - 初期のAvg.のE.S.R.)/初期のAvg.のE.S.R.
すなわち、実施例1~13の電解コンデンサは、初期のE.S.R.が低く、かつ、高温環境下において従来よりも低いE.S.R.を維持可能な電解コンデンサであった。
比較例1~4、7では、実施例1~12と異なり、第1液の酸化防止剤の濃度が、第2液の酸化防止剤の濃度より高かった。この場合、導電性高分子層の酸化防止剤の量が、有機溶媒層の酸化防止剤の量より多いと推測される。このことが、高温試験後のE.S.R.に影響したと考えられる。
比較例3、4、7では、実施例1~13と比べ、第1液の酸化防止剤の濃度が高かった。この場合、導電性高分子層の酸化防止剤の量が多いと推測される。このことが、初期のE.S.R.に影響したと考えられる。
比較例5では、酸化防止剤として、ベンゼンジオールであるカテコールを使用した。
比較例6では、酸化防止剤として、フェノールの水素原子がニトロ基に置換したp-ニトロフェノールを使用した。
これらの酸化防止剤では、高温環境下でのE.S.R.の上昇を十分に抑制できないことがわかった。
導電性高分子層を形成する第1液と有機溶媒層を形成する第2液とが、それぞれ、酸化防止剤として、ベンゼントリオールまたはベンゼントリオールの誘導体を含み、第1液が酸化防止剤を0.2wt%以上2.0wt%以下含むとともに、第2液が酸化防止剤を0.2wt%以上10.0wt%以下含む。さらに、第2液における酸化防止剤の濃度が、第1液における酸化防止剤の濃度と同じである、または、前記第1液における酸化防止剤の濃度より高い。この場合、有機溶媒層に含まれる酸化防止剤が、導電性高分子層に含まれる酸化防止剤と同じ量である、または、導電性高分子層に含まれる酸化防止剤より多いと推測される。
上記の条件で作製された電解コンデンサは、初期のE.S.R.が低く、かつ、高温環境下において従来よりも低いE.S.R.を維持可能な電解コンデンサであることがわかった。
2 外装ケース
3 封口体
4 外装体
5 コンデンサ素子
11 陽極
12 陰極
21,22 リード端子
Claims (6)
- 誘電体酸化皮膜を有する陽極と、陰極と、前記陽極および前記陰極の間に配置されたセパレータとを有するコンデンサ素子本体部を備えた固体電解コンデンサの製造方法であり、
前記コンデンサ素子本体部に、導電性高分子と、酸化防止剤を0.2wt%以上2.0wt%以下とを含む第1液を含浸させた後、熱処理することにより、前記コンデンサ素子本体部に導電性高分子層を形成する第1工程と、
前記導電性高分子層が形成された後、前記コンデンサ素子本体部に、有機溶媒と、酸化防止剤を0.2wt%以上10.0wt%以下とを含み、電解質を含まない第2液を含浸させることにより、有機溶媒層を形成する第2工程と、
を有し、
前記第1液に含まれる酸化防止剤および前記第2液に含まれる酸化防止剤が、ベンゼントリオールおよびベンゼントリオールの誘導体から選択される少なくとも1種であり、
前記第2液における酸化防止剤の濃度が、前記第1液における酸化防止剤の濃度と同じである、または、前記第1液における酸化防止剤の濃度より高いことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。 - 前記第2液に含まれる有機溶媒は、ポリアルキレングリコール、ポリグリセリン、およびそれらの誘導体から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記ポリアルキレングリコールは、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールとプロピレングリコールとの共重合体から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項2に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 誘電体酸化皮膜を有する陽極と、陰極と、前記陽極および前記陰極の間に配置されたセパレータとを有するコンデンサ素子本体部を備えた固体電解コンデンサであり、
前記コンデンサ素子本体部に、少なくとも導電性高分子と酸化防止剤とを含む導電性高分子層と、
少なくとも有機溶媒と酸化防止剤とを含み、電解質を含まない有機溶媒層が形成され、
前記導電性高分子層に含まれる酸化防止剤および前記有機溶媒層に含まれる酸化防止剤が、ベンゼントリオールおよびベンゼントリオールの誘導体から選択される少なくとも1種であり、
前記導電性高分子層に含まれる酸化防止剤と前記有機溶媒層に含まれる酸化防止剤の重量比率が、1:1~1:50であることを特徴とする固体電解コンデンサ。 - 前記有機溶媒層に含まれる有機溶媒は、ポリアルキレングリコール、ポリグリセリン、およびそれらの誘導体から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項4に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記ポリアルキレングリコールは、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールとプロピレングリコールとの共重合体から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項5に記載の固体電解コンデンサ。
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