JPH01278713A - 電解コンデンサ - 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〕 この発明は、電極間に電解質をセパレータによって保持
してなる電解コンデンサに関する。

〔従来の技術〕

電解コンデンサは、アルミニウム、タンタル、ニオブな
どの金属表面に絶縁性の酸化皮膜が形成されるいわゆる
弁金属を少なくとも陽極電極に用い、この陽極金属を陽
極酸化処理等の操作によって、所望の厚さの絶縁性の酸
化皮膜を形成し、この皮膜を誘電体層として用いる。

陽極電極の形状は種々のものがあるが、主なものは長尺
の箔状物を同様に長尺のセパレータ、陰極と共に巻回し
た素子構造のものがある。また箔状の電極とセパレータ
とを重ね合わせた積層型のコンデンサ素子もある。これ
らのコンデンサ素子には、液体あるいは固体状の電解質
をセパレータで保持させ、この電解質が誘電体酸化皮膜
層に直接接触して真の陰極としての機能を果たす。

またこの発明め対象範囲外であるが、素子にセパレータ
を用いずに、ブロック状の多孔質弁金属体を陽極に用い
たものなどが知られている。

液体の電解質は、エチレングリコール、Ｔ−ブチロラク
トンなど各種の有機溶媒や水などに有機酸、無機酸ある
いはこれらの塩類を溶解させたものを用いている。また
固体電解質としては、二酸化マンガン、二酸化鉛などの
半導体無機物や、テトラシアノキノジメタンなどの導電
性有機物などを用いている。

セパレータは、前述したように電解質を電極間に保持さ
せるとともに、陽極、陰極間の短絡を防止する機能を有
している。セパレータの材料は、液体電解質の場合、紙
が用いられることが多く、その原料にはクラフトと呼ば
れる比較的長繊維のパルプを用いたものや、マニラ麻繊
維を用いたものなどが多用されている。また固体電解質
で、熱変成工程が必要な二酸化マンガンを用いた固体電
解質の場合には、紙取外のガラス繊維布の薄手のものが
用いられることがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

セパレータに要求される機能は、陽極、陰極電極間に電
解質を必要かつ十分な量を保持するとともに、両電極間
に介在することから、損失特性などが悪化しないように
十分な電導塵が維持することが求められる。しかしなが
ら電導塵の向上を図るために、セパレークの厚さや密度
を必要以上に下げると、電極間の短絡などの事故が発生
することになる。またセパレータを一定以上に薄くする
のは困難で、紙の場合で２０μｍ程度、ガラス繊維の場
合数十μｍが実用上の限度であり、これ以上薄くすると
強度不足などにより、素子形成時にセパレータの切断が
起きるなどの不都合が生じる。

さらに液体電解質を用いた電解コンデンサの場合、製造
時あるいは使用温度範囲が著しく高くなることはないが
、固体電解質特に二酸化マンガンを用いた場合などは、
コンデンサ素子に浸漬した硝酸マンガンを二酸化マンガ
ンに変成させる時に２５０℃以上の温度で熱変成させる
工程を繰り返すことから、セパレータも耐熱性を持った
ものが要求される場合もある。

この発明は、上述した問題点を解決することを目的とし
たもので、新規なセパレータを採用することにより、特
性の優れた電解コンデンサを得ようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の電解コンデンサは、表面に誘電体酸化皮膜層
が形成された陽極電極と、陰極電極との間にセパレータ
を介在させ巻回あるいは積層させて形成し、前記セパレ
ータに芳香族ポリアラミド繊維を含んだものを用いたこ
とを特徴としている。

芳香族ポリアラミド樹脂は、分子鎖中に芳香族環を持つ
化学構造を有している。ポリアラミド樹脂は、優れた耐
熱性を有するとともに、引張強度、弾性係数等の機械的
特性にも優れたもので、従来からアラミド繊維として、
繊維の形態で実用化がなされ、耐熱、高強度、高弾性が
要求される目的に使用されている。

この発明で用いるセパレータは、芳香族ポリアラミド繊
維を抄いてシート状にしたものか、あるいは既存のバル
ブやマニラ麻繊維に混抄して用いる。

芳香族ポリアラミド繊維は、繊維素の径が１０μｍ以下
のものが実用化されており、このように特に細いものを
用いることで、厚さが２０μｍ以下の薄いセパレータが
得られる。

〔作　　　用〕

芳香族ポリアラミド繊維は上記したように、極めて高い
引張強度と、耐熱性、耐薬品性を持つので、この繊維を
その全てに、あるいは混抄して用いたセパレータは、高
い引張り強度とともに、耐熱性、耐薬品性を有する。

このため、巻回素子の製造時にセパレータに掛かる張力
を上げ、コンデンサ素子を強固に巻き上げることができ
る。また同じ引張強度を得るために従来より薄いセパレ
ータを用いることができるので電気特性などを向上させ
る。

さらに耐熱性、耐薬品性に優れるので、二酸化マンガン
電解質形成時のように、高温処理や発生するガスによる
影響を受けることがない。

〔実　施　例〕

以下実施例に基づいてこの発明を更に詳しく説明する。

第１図は、この発明の電解コンデンサの素子構造をあら
れしたものである。図は巻回構造のコンデンサ素子１の
一部を分解した正面図であり、帯状に裁断されたアルミ
ニウム、タンタルなどの弁金属箔を陽極２として用い、
陽極２よりも僅かに幅広のセパレータ３と、前記陽極と
ほぼ同幅に裁断された金属箔からなる陰極４とを図示の
ように重ね合わせて、その一端から巻回し円筒状のコン
デンサ素子１を形成するものである。なおこの場合、セ
パレータ３は２枚用い、巻回の裏面側でも陽極２と陰極
４とが接触しないようになっている。

また陽極２および陰極４にはそれぞれ外部と電気的接続
を得るための引出しリード５，６が各々接続され、巻回
一方の巻回端面部から導出されている。

このコンデンサ素子１に、液体あるいは固体の電解質を
所定の工程によりセパレータ３に浸透させ維持させる。

電解質の浸透処理の終わったコンデンサ素子１は、必要
に応じて金属ケース内に収納あるいは樹脂で外面を密閉
して外装処理をおこなえばよい。

この発明の実施例として、まず液体電解質を用いた電解
コンデンサを作成してその特性を調べた。

（本発明例１） この発明例で用いた電解コンデンサは、巻回型のコンデ
ンサ素子を用いたもので、定格電圧６３Ｖ定格静電容Ｍ
　１０００μＦのものである。コンデンサ素子は、陽極
に厚さ９０μｍの高純度アルミニウム箔を用い、このア
ルミニウム箔の表面積拡大のため、電気化学的エツチン
グ処理を施した後、表面に陽極酸化処理によって９０Ｖ
を印加して、酸化アルミニウムの誘電体層を形成した。

この陽極箔を幅２４ｍｍ、長さ４５０＋＋ｕの帯状に切
断し陽極引出しリードを加締付けによって接続した。

陰極箔には、厚さ５０μｍのアルミニウム箔を用い、や
はり帯状に切断した。これら電極箔に、電極引出しのた
めのリードを接続し、両電極箔間に厚さ２０μｍの芳香
族ポリアラミド繊維からなる帯状のセパレータを介在さ
せ、２　ｋｇの巻回張力で巻回しコンデンサ素子を得た
。

次に、このコンデンサ素子にアジピン酸アンモニウムを
主溶質とした電解液を含浸し、筒状のアルミニウムケー
スに収納し、開口部を弾性ゴムで密閉して電解コンデン
サとした。

（比較例１） 陽極箔、陰極箔は本発明例１と同じものを用いた。セパ
レータには、マニラ麻混抄の厚さ２５μｍの電解紙を用
いこれらを重ね合わせて１　ｋｇの巻回張力で巻回して
コンデンサ素子を形成した。

このコンデンサ素子に本発明例１と同じ電解液を含浸し
、同様の方法で外装を施し電解コンデンサとした。

これらの電解コンデンサの特性を測定したところ以下の
表１に示す結果が得られた。

表　　１ なお損失は１２０Ｈｚにおける値、漏れ電流は定格電圧
印加後１分の値である。

次に、電解質に固体電解質を用いた例を述べる。

（本発明例２） コンデンサ素子の形成は、陽極側電極、セパレータは本
発明例１と同じ材料を用い、陰極箔を入れずに巻回して
コンデンサ素子とした。ただし定格電圧は１６Ｖとして
用いた。このコンデンサ素子は第１図に示す液体電解質
を含浸したコンデンサ素子の巻回構造から陰極箔を除い
た構造である。

また巻回張力についても本発明例１と同じ値とした。こ
のコンデンサ素子を硝酸マンガン水溶液中に浸漬し、そ
の後加熱炉中で、２５０℃、１０分間加熱し硝酸マンガ
ンを二酸化マンガンに変成させた。

この工程を１０度繰り返し、その後コンデンサ素子外部
に導電性樹脂を塗布し、導電性樹脂層にリード線を接続
して陰極引出し端子とした。

（比較例２） 陽極側電極は本発明例１と同じものを用い、セパレータ
は、比較例１と同じものを使用し、陰極側電極を使用せ
ずに１　ｋｇの巻回張力で巻回してコンデンサ素子とし
た。

このコンデンサ素子を本発明例２と同じの方法で二酸化
マンガンからなる固体電解質層を形成した。また陰極取
り出しについては本発明例２と同じとした。

このようにして作成した固体電解質を用いた電解コンデ
ンサの初期の電気特性を測定後、定格電圧印加し、１３
０℃の高温槽内で１０００時間の寿命試験を実施し、寿
命試験後の特性を調べたところ、表２に示す結果が得ら
れた。

これらの結果かられかるように、まず液体電解質を用い
た電解コンデンサの場合、この発明のセパレータを用い
た電解コンデンサは、高い巻回張力で巻（ことができる
ので、損失（Ｔａｎ　δ）の少ない電解コンデンサが得
られる。また強固に巻回されているのでコンデンサ素子
の外形寸法も小さく、電極の振動も抑制される。

また固体電解質を用いた場合、初期の特性では大きな差
はないが、電解質形成処理の際、セパレータが高温度に
さらされると共に、分解時のガスにより劣化しており、
高温での負荷試験実施後では、セパレータの劣化がコン
デンサの特性に影響を及ぼし、比較例２の特性の劣化が
著しいことがわかる。

また何れの本発明例もセパレータを薄（でき、この結果
コンデンサ素子の直径が小さくなっている。逆にコンデ
ンサ素子の直径を従来のものと同じにすれば、電極の巻
き込み量を増やすことができ、その分静電容量が増大す
る。

〔発明の効果〕 以上述べたように、この発明の芳香族ポリアラミド繊維
を含むセパレータを用いた電解コンデンサは、芳香族ポ
リアラミド繊維の機械的強度が高いため、高い張力でコ
ンデンサ素子を形成できるので、損失の小さい小型の電
解コンデンサが得られる。

また、耐熱性に優れかつガラス繊維布に比べて薄く形成
できるので、熱変成処理を伴う固体電解質形成において
もセパレータ部に劣化がなく、安定した特性を維持する
とともに、コンデンサの小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電解コンデンサの素子構造を示す一
部を分解した正面図。 １・・コンデンサ素子、２・・陽極、３・・セパレータ
、４・・陰極、５．６・・引出しリード。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に誘電体酸化皮膜層が形成された陽極電極と
   、陰極電極との間に芳香族ポリアラミド繊維からなるセ
   パレータを介在させ巻回あるいは積層させてコンデンサ
   素子を形成し、前記コンデンサ素子のセパレータ部に電
   解質を保持させてなる電解コンデンサ。
2. （２）表面に誘電体酸化皮膜層が形成された陽極電極と
   、陰極電極との間に芳香族ポリアラミド繊維を混抄した
   セパレータを介在させ巻回あるいは積層させてコンデン
   サ素子を形成し、前記コンデンサ素子のセパレータ部に
   電解質を保持させてなる電解コンデンサ。