JPH01175722A - 電解コンデンサ用電解液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電解コンデンサ用電解液の改良に関する。

〔従来の技術〕

電解コンデンサは小形、大容邑、安価で整流出力の平滑
化等に優れた特性を示し各種電気・電子機器の重要な構
成要素の１つであり、一般に表面を電解酸化によって酸
化皮膜に変えたアルミニウムフィルムを陽極としその酸
化皮膜ダ誘電体とじ集電陰極との間に電解液を介在させ
て作成される。使用中は常に酸化皮膜を再生しているた
め安定であるが、例えば長期間使用しないと再生が不十
分となり劣化する。電解コンデンサは化学反応を行わせ
ながら使用するためその特性は電解液の性質に大きく依
存する。表面を酸化被膜としたアルミニウム電極と電解
液との間で起こる化学反応の定常状態を維持し誘電体と
するアルミニウム酸化被膜を良好に保持することが性能
の安定化に重要であり、使用法を誤って例えば過剰の高
電圧負荷等により化学的定常状態が乱れると、アルミニ
ウム酸化被膜が破壊されやがては絶縁が破れるに至るが
、そこまで至らずとも使用中に所定の化学反応以外の不
都合な化学反応が進行し、特にガス発生を伴う場合はコ
ンデンサの外観不良が著しく、内圧上昇が極度になると
爆発の危険もある。

コンデンサの静電容量は、誘電体の誘電率に比例するた
め高いｙｈ誘電率誘電体を用い使用中は誘電体の物理化
学的変化を避けＭ電率を＾く維持すべきである。充電電
流の位相と外部電解の位相との差である損失角の正接す
なわち誘電正接はコンデンサの消費電力の目安として用
いられ、その値が小さければ消費電力が少ないことを示
す。充電開始後一定値に達した時に流れる電流である漏
れ電流は誘電体の荷電担体の定常的な移動によるもので
、誘電体中の不純物の解離等によって生じたイオンが荷
電担体の主体をなすと考えられており、漏れ電流の変化
の大小は誘電体の電気化学的状態の安定性を反映する。

コンデンサの負荷電圧が上昇し高電圧負荷による誘電体
の物性変化が進行し時間的な誘電率の変化が生じる結果
電気化学的状態が動揺する現象をシンチレーションとい
うが、このような現象が認められる電圧をシンチレーシ
ョン電圧としてコンデンサの耐電圧性の尺度とすること
ができ、シンチレーション電圧が高い程コンデンサの耐
電圧性が大きいことを示す。電解コンデンサの外観不良
は所定の化学反応以外の不都合な化学反応の進行による
ガス発生が主たる原因であり、化学反応速度は温度に依
存し特に高温では急速に進行し爆発の危険を伴うことも
あるためコンデンサの総合性能を評価する重要な指標の
１つである。

従来の一般的な電解コンデンサ用電解液においては、高
耐電圧性を得るために電解液にホウ酸を添加する必要が
あった。この場合、電解液の溶媒にはエチレングリコー
ル等のプロトン溶媒を主溶媒として用いるが、ホウ酸は
この種の溶媒と反応し縮合水を発生するため、特に縮合
水がガス化しやすい高温での使用が困難であった。ここ
に、各溶媒の融点を示すが、エチレングリコールやグリ
セリン等のプロトン系溶媒を使用したコンデンサは、低
温（−４０〜−５５℃）では静電容量がなくなり使用で
きず、そのため低温での特性を保つためには、ブチロラ
クトンやジメチルホルムアミド（ＤＭＦ＞等の溶媒を使
用する必要が生じてくる。

プロトン系 エチレングリコール　　−１２．６℃　融点グリセリン
　　　　　　　１８．２℃　融点非プロトン系 ブチロラクトン　　　　−４４，０’Ｃ融点ジメチルホ
ルムアミド　−６０，４℃　融点ジメチルアセトアミド
　−２０，０’Ｃ融点アセトニトリル　　　　−４３，
８℃　融点〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、耐電圧性を向上させる機能を持つシリコーン
オイルの電解コンデンサ用電解液中での化学的安定性の
増大を図り、使用湿度範囲の広いアルミニウム電解コン
デンサを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、アルミニウム電解コンデンサ駆動用電
解液において、非プロトン溶媒を主溶媒とする溶媒に変
性シリコーンオイルを添加することを特徴とする電解コ
ンデンサ用電解液が提供゛される。

変性シリコーンオイルが、シロキサン結合主鎖中に有ｔ
ｉおよび無ｔａ基が導入されかつ側鎖残基の一部あるい
はすべてが疎水性基で冒換された変性シリコーンオイル
であれば、好適な電解コンデンサ用電解液を得ることが
で　Ｒきる。

変性シリコーンオイルが、シロキサン結合主鎖中にメチ
レン基、フェニレン基、ボラン基並びにカルボラン基よ
りなる群から選択される有機および無機基が導入されか
つ側鎖残基の一部あるいはすべてがメチル基およびフェ
ニル基よりなる群から選択される疎水性基で置換された
変性シリコーンオイルであれば、さらに好適な電解コン
デンサ用電解液を得ることができる。

すなわち、本発明のシリコーンオイルは水やエチレング
リコール等のプロトン溶媒には溶解しないが、γ−ブチ
ロラクトンやＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）等の非プ
ロトン溶媒には溶解し、構造的には例えば、 鎖中に無機基または有機基が導入され、一部あるいはす
べての側鎖残基はメチル基 （−Ｃ）１３）および／またはフェニル基（−Ｑ）で置
換された変性シリコーンオイルである。このうち特にカ
ルボラン （−０２ＢｌｏＨｌｏ−）骨格のものが耐熱性が高く、
高温での使用に最も好適である。

本発明の電解コンデンサ用電解液を調整する際は、変性
シリコーンオイルを比較的少量溶解すれば所望の効果を
得ることができる。

溶解させる変性シリコーンオイルの濃度は、好ましくは
０．１％以上、さらに好ましくは０．５％以上であって
、１％あれば十分であり、最も高くても２０％より高く
する必要はない。なお、最適濃度は使用する溶媒および
他の溶質の種類によって多少異なるが、その値はそれぞ
れの電解液固有の物性値である。

本発明の電解コンデンサ用電解液は、前記した変性シリ
コーンオイルを非プロトン溶媒を主溶媒とする溶媒に溶
解して作成するが、非プロトン溶媒が、γ−ブチロラク
トン、ジメチホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ア
セトニトリル、３−メチル−２−オキサゾリジノン、並
びにジメチルスルホキシドよりなる群から選択されれば
好適な電解コンデンサ用電解液を得ることができる。

〔作用〕

本発明が開示した変性シリコーンオイルの添加が電解液
中でアルミニウム酸化被Ｓ誘電体に対しどのような作用
をするのか、その作用機構自体は明らかではない。

しかしながらシロキサン結合のくり返し構造を主鎖とす
る有機化合物は、電解コンデンサ高電圧負荷時の電気化
学的状態の動揺を低く抑える特有の作用を持つと推定さ
れる。この作用は、観測できる形態としては、時間的に
負荷電圧が増加した際のシンチレーション電圧低下効果
に最も大きく反映される。

本発明の電解液を用いた電解コンデンサの高温特性ある
いは安定性向上に関しては、電解液に添加する変性シリ
コーンオイル主鎖および側鎖に導入された有機および無
Ｉｌ基の寄与が大きいと推定される。また、シリコーン
オイルを添加することにより、ホウ１１１ｍを減らすか
または添加の必要性がなくなり、これにより使用中の不
都合な化学反応の進行による縮合水生成の可能性を少な
くしガス発生を抑えることができる。この作用は、観測
できる形態としては、例えば水の沸点１００℃以上の高
温で長ｖｆ間電解コンデンサを使用した際の外観不良発
生の有無に最も大きく反映される。

（発明の効果） 本発明の電解コンデンサ用電解液を用いて作成した電解
コンデンサは、常温のみならず高温でも高い耐電圧性を
有する。さらに、高温で長時間使用しても外観不良は発
生しない。

〔実施例〕

以下に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明はこれらにのみ限定されるものではない。なお、
以下の実施例にはすべて耐熱性の高いカルボラン （−Ｃ，２８１ｏＨ１ｏ−）骨格の変性シリコーンオイ
ルを用いた。

１１璽ユ ２０Ｘ３００ｍの面積を有する陽極エツチド箔をホウ酸
溶液中、３８５ｖで化成した。

得られた陽極箔と紙と陰極箔とを巻回して素子を作成し
た。この素子の定格は２５０Ｖ。

２０μＦ、サイズは１６φＸ３１．５’であった。この
素子と下記組成の電解液（実施例１または比較例１）と
を用いて電解コンデンサを作成した。

電解液の組　（重量％） 実施例１　比較例１ ブチロラクトン　　　　　７９．２　７９．７エチレン
グリコール　　　　８．７　　８．８安息香酸アンモニ
ウム　　　４．３　　４．４ホウ酸　　　　　　　　　
　２．６　　２．７マンニツト　　　　　　　　４．３
　　４．４変性シリコーンオイル　　　０．９　　−（
チッソ製ＰＳＯ９７） なお、実施例１および比較例１の電解液のＲｓ　　（比
抵抗）は、それぞれ６２０Ωα、６１０Ω１であった。

これらの電解液を用いる電解コンデンサの高温試験の結
果を第１表に、シンチレーションカーブを第１図に示す
。

１１０℃で１０００時間使用しても、本発明の電解液を
用いる電解コンデンサは、静電容量の損′失はほとんど
なり、ｒｃ誘電正接　ｔａｎδ）の増大は僅かであり、
漏れ電流も大きく変化しないのに対し、従来の電解液を
用いる電解コンデンサは外観不良発生が著しく、試験途
中でバンクした。また、本発明の電解液を用いる電解コ
ンデンサは従来のものと比較して室温および高温のいず
れの温度でも高いシンチレーション電圧を示した。

実施例２ ２０×１２００ｊｌｌＩの面積を有するＩ陽極エツチド
箔をホウ酸溶液中、９８Ｖで化成した。

得られた陽極箔と紙と陰極箔とを巻回して素子を作成し
た。この素子の定格は６３ｖ１１０００μＦ、サイズは
１８φＸ４０’であった。この素子と下記組成の電解液
（実施例２または比較例２）とを用いて電解コンデンサ
を作成した。

ＤＭＦ　　　　　　　　　　８０．９　８１．３エチレ
ングリコール　　　　８．９　　９．０７タル酸アンモ
ニウム　　　８．２　　８．３ホウＭ　　　　　　　　
　　　１．２　　１．４変性シリコーンオイル　　　０
．８　　−（チッソ製ＰＳＯ９７） なお、実施例２および比較例２の電解液のＲｓ　　（比
抵抗）は、それぞれ１７５Ωα。

１７０Ωαであった。

これらの電解液を用いる電解コンデンサの高温試験の結
果を第１表に、シンチレーションカーブを第２図に示す
。

１１０℃で１０００時間使用しても、本発明の電解液を
用いる電解コンデンサは、静電容量の損失はほとんどな
く、誘電正接（ｔａｎδ）の増大は僅かであり、漏れ電
流も大きく変化しないのに対し、従来の電解液を用いる
電解コンデンサは外観不良発生が著しく、試験途中でパ
ンクした。また、本発明の電解液を用いる電解コンデン
サは従来のものと比較して室温′および高温のいずれの
温度でも高いシンチレーション電圧を示した。

実施例３ 次の組成の電解液を用いる以外は実施例１と略同様にし
て電解コンデンサを作成し、試験を行った。結果は第２
表に示す。

ジメチルアセトアミド　　７８．０　７８．６エチレン
グリコール　　　　８．６　　８．７フタル酸　　　　
　　　　　７．９　　７．９ホウ酸　　　　　　　　　
　１，６　　１．６トリエチルアミン　　　　　３．１
　　３．２変性シリコーンオイル　　　０．８　　−（
チッソ製ＰＳＯ９７） 実施例４ 次の組成の電解液を用いる以外は、実施例１と略同様に
して電解コンデンサを作成し、試験を行った。結果は第
２表に示す。

アセトニトリル　　　　　９０，１　９１．０ルチジン
テトラフルオロ　　９．０　　９．０ホウ酸塩 変性シリコーンオイル　　　０．９　　−【ｉ璽１ 次の組成の電解液を用いる以外は、実施例１と略同様に
して電解コンデンサを作成し、試験を行った。結果は第
２表に示す。

３−メチル−２−７７，６７８，３ オキサゾリジノン エチレングリコール　　　　８．６　　８．７ポロジサ
リチルＷｉ　　　　１２．９　１３．０アンモニウム 変性シリコーンオイル　　　０．９　　−（チッソ製Ｐ
ＳＯ９７） 以上説明したように、本発明の電解コンデンサ用電解液
を用いて作成した電解コンデンサは、常温のみならず高
温でも高い耐電圧性を有し、高温で長時間使用しても外
観不良は発生しなかった。

第２表

【図面の簡単な説明】

第１図は使用する溶媒をγ−ブチロラクトンとした本発
明の電解液（実施例１）を用いた電解コンデンサのシン
チレーションカーブ、第２図は使用する溶媒をＤＭＦと
した本発明の電解液（実施例２）を用いた電解コンデン
サのシンチレーションカーブである。 特許出願人　　日本ケミ０ン株式−社一丁出願人代理人
　　弁理士　浜１）冶雄　　“−５，−２，′ 電圧（■）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム電解コンデンサ駆動用の電解液にお
   いて、シロキサン結合主鎖中に有機および無機基が導入
   されかつ側鎖残基の一部あるいはすべてが疎水性基で置
   換された変性シリコーンオイルを非プロトン溶媒を主溶
   媒とする溶媒に添加したことを特徴とする電解コンデン
   サ駆動用電解液。
2. （２）変性シリコーンオイルが、シロキサン結合主鎖中
   にメチレン基、フェニレン基、ボラン基並びにカルボラ
   ン基よりなる群から選択される有機および無機基が導入
   されかつ側鎖残基の一部あるいはすべてがメチル基およ
   びフェニル基よりなる群から選択される疎水性基で置換
   された変性シリコーンオイルである特許請求の範囲第１
   項記載の電解コンデンサ駆動用電解液。
3. （３）非プロトン溶媒が、γ−ブチロラクトン、ジメチ
   ルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトニトリ
   ル、３−メチル−２−オキサゾリジノン、並びにジメチ
   ルスルホキシドよりなる群から選択される特許請求の範
   囲第１項記載の電解コンデンサ駆動用電解液。