JPH0423814B2 - - Google Patents

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JPH0423814B2
JPH0423814B2 JP57172063A JP17206382A JPH0423814B2 JP H0423814 B2 JPH0423814 B2 JP H0423814B2 JP 57172063 A JP57172063 A JP 57172063A JP 17206382 A JP17206382 A JP 17206382A JP H0423814 B2 JPH0423814 B2 JP H0423814B2
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JP
Japan
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tcnq
salt
solid electrolyte
tcnq salt
metal
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JP57172063A
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JPS5961026A (ja
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Shinichi Niwa
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/02Diaphragms; Separators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は固体電解コンデンサ用固体電解質の製
造方法に関する。 固体電解コンデンサは陽極酸化皮膜を有するア
ルミニウムなどの皮膜形成性金属に固体電解質を
付着した構造を有している。従来により量産化さ
れているこの種コンデンサにおいて、それを構成
する固体電解質はほとんど二酸化マンガンである
が、近年、二酸化マンガンの弱点、即ち二酸化マ
ンガン形成のための硝酸マンガンからの熱分解時
に皮膜形成性金属の陽極酸化皮膜が損傷を受ける
こと、又二酸化マンガンによる陽極酸化皮膜の修
復性が乏しいことなどを改善する固体電解質とし
て有機半導体、主にTCNQ塩を用いることが提
案された。こゝに、TCNQとは7,7,8,8
テトラシアノキノジメタンを意味する。 しかし乍ら、TCNQ塩は通常粉末状の結晶で
あり、その結晶自体高い電導度や上記皮膜の良好
な修復性を示すものの、粉末状結晶であるがため
に加工性に難がある。即ち、皮膜形成性金属に
TCNQ塩の結晶をどの様にして付着するかとい
う問題がある。特に固体電解コンデンサに用いる
皮膜形成性金属は多孔質の場合が多いが、斯る多
孔質金属へのTCNQ塩の一様な含浸的付着は困
難を極める。更に重要なことは、TCNQ塩自体
がその付着作業時に常に変質などによる劣化の危
険性をはらんでいることである。 従来、提案されたTCNQ塩の付着方法は次の
3つに分類できる。 (1) DMF(ジメチルホルムアミド)などの溶媒に
TCNQ塩を溶かした溶液を上記金属に塗布し、
その後乾燥させて溶媒を飛散除去する方法。 (2) TCNQ塩をボールミル等により微細化した
結晶をアルコール等に分散せしめ、それを上記
金属に塗布し乾燥する方法。 (3) TCNQ塩を上記金属に真空蒸着する方法。 上記(1)の方法では、TCNQ塩に対する溶解度
の高いDMFを溶媒に用い、斯る溶媒を例えば100
℃に加熱したとしても、その溶解度は10%が限度
である。このことは箔状の上記金属に必要なだけ
の厚みの固体電解質を付着したり、あるいは多孔
質の上記金属に固体電解質を十分含浸的に付着す
るには何度も塗布、乾燥を繰り返す必要のあるこ
とを意味している。例えば定格1μF用の多孔質金
属の場合、5〜10回の塗布、乾燥で達せられる含
浸率は、二酸化マンガンを固体電解質に用いた場
合の含浸率を100%として、高々30%である。こ
の様な低い含浸率では、金属が多孔質であるにも
拘らずコンデンサの容量値を大きくできない。更
に溶媒を塗布した金属は上記乾燥の度に高温中に
放置されるが、このとき多かれ少なかれTCNQ
塩の変質が起こり、固体電解質の電導度劣化を招
く。加えて、この様にして上記金属に付着形成さ
れる固体電解質はTCNQ塩の微細結晶からなる
ため、実際には塗布溶液中にポリビニルピロリド
ンなどの凝固用樹脂が添加されて上記微細結晶の
付着強度の強化が図られるが、斯る凝固用樹脂は
電気的縁物であるため、上記電導度劣化と相俟つ
て固体電解質の電導度を更に低いもの(800Ωcm
程度(25℃))になす。 上記(2)の方法では、TCNQ塩の微細化にも限
界があり、上記金属への付着強度が特に弱いの
で、コンデンサの寿命試験において、TCNQ塩
からなる固体電解質が上記金属よりはがれたりし
て、特性の劣化、例えば、tanδの増加や容量減少
が見られる。上記付着強度の強化は、上に述べた
様に凝固用樹脂の採用によりある程度改善される
が、同様に固体電解質の電導度の低下を招く。
又、TCNQ塩からなる微細結晶の分散溶液を用
いるので、特に多孔質金属への含浸率が悪く、超
音波拡散含浸法を用いたとしてもその含浸率は
高々上記(1)の方法と同程度である。 上記(3)の方法では、真空蒸着作業の煩雑さはも
とより、特に多孔質金属への付着には全く不向き
である。 本発明は、全く新規な固体電解コンデンサ、よ
り具体的には、コンデンサ素子と、液化状態で前
記素子に含浸されたTCNQ錯塩からなる固体電
解質とを含む固体電解コンデンサを提供するもの
である。本発明を実施する際には、TCNQ塩を
液化することが必要であるが、固体電解質層形成
のためにこの様にTCNQ塩を液化することは従
来全く考えられていなかつた。 TCNQ塩のみからなる液体を得る最も実際的
な方法は、当初の形態である粉末状TCNQ塩を
加熱融解により液化することである。しかし乍
ら、単なるTCNQ塩の加熱融解は、TCNQ塩を
熱分解してほとんど電気的絶縁物と化し、コンデ
ンサ用固体電解質の機能を全く無くしてしまう。 本発明は、ある種のTCNQ塩は加熱融解して
も、熱分解するまでに短時間ではあるが、付着作
業にとつては十分な時間的余裕を呈し、従つて斯
る時間内に冷却固化すれば高い電導度を保持する
TCNQ塩からなる固体電解質を得られるという
全く新しい知見に基いている。 TCNQ及びその種々の塩、並びにその製法自
体は、例えば、J.Am.Chem.Soc.,Vol.84,
p3374−3387(1962)に開示されている。TCNQ
塩としては、Mn+(TCNQ-)nで表わされる単
塩と、Mn+(TCNQ-)n(TCNQ)mで表わされ
る錯塩とがある。尚上記Mは有機カチオン、nは
カチオンの価、mは1モルの錯塩に含まれる中性
TCNQのモル数に対応する正の数を夫々意味す
る。 本発明では、しかし乍ら、錯塩の使用がコンデ
ンサ特性にとつてより好ましい。そして、錯塩の
上記mは0.5〜1.5が好ましく、より好ましくは約
1である。 本発明で用いられるTCNQ塩の例としては、
N位を置換したピリジンのTCNQ塩が挙げられ
る。尚、N位の置換体は、尚、N位の置換体は
種々考えられるが、融解、冷却、固化を行うこと
ができ、汎用性のあるものが好ましく、例えば
C2〜C18(炭素数2〜18の)アルキル、(例えばエ
リル、プロピル、ブチル、ベンチル、オクチル、
デシル、オクタデシル)、C5〜C8シクロアルキル
(例えばシクロベンチル、シクロヘキシル)、C3
〜C18アルケン(例えばアリル)、フエニル又は
フエニル(C7〜C18)アルキル(例えばフエネチ
ル)の様な炭化水素基である。 本発明で用いられるTCNQ塩のより好ましい
例は、N−n−プロピルピリジンのTCNQ塩、
N−n−ブチルピリジンのTCNQ塩である。 上記各塩の製造は例えば次の通りである。N−
アルキルヨードとピリジンとを反応させて得られ
るN−アルキルピリジンヨ−ダイドとTCNQと
を適当な溶媒(例えばアセトニトリル)中で、適
当なモル比(例えば3:4)で反応させて
TCNQ塩を作る。この塩は不純物が多いので、
適当な溶媒(例えばアセトニトリル)にて加熱融
解−冷却−晶出からなる再結晶操作を繰り返すこ
とにより塩の純度が上げられる。得られる結晶は
針状又はロツド状の粉末である。 上記反応又は高純度化で用いられる溶媒の種類
により、ピリジン部とTCNQ部とのモル比は若
干変化する。 本発明に含まれないTCNQ塩、例えばH・ピ
リジンのTCNQ塩やN−メチルピリジンの
TCNQ塩は加熱すると融解せずに分解するかあ
るいは融解と同時に分解してしまう。 これに対して上記の如き本発明の対象とする
TCNQ塩は加熱すると融解して液化状態を呈す
るがその状態で熱分解するまでに実質的な時間を
要する。この場合の熱分解は突然起こり、塩は電
気的絶縁物と化す。完全に溶解後絶縁化するまで
の時間はN−n−ブチルピリジンのTCNQ塩で
19秒(290℃)、60秒(260℃)である。但し加熱
はアルミケースにTCNQ塩の結晶粉末を詰め上
記温度の金属板上に接触させて行なつた。 従つて、液化状態のTCNQ塩はその分解前に
冷却固化させねばならない。それにより、高電導
度を有する固体電解質が得られる。例えば、n−
ブチルピリジンのTCNQ塩の場合、融点以上で
約300℃以下の温度に加熱され、そして液化完了
後約30秒以内、好ましくは10秒以内に室温での冷
却又は水等の冷却中での冷却が開始される。この
様に分解前に冷却固化して得られるTCNQ塩の
電導度は次の通りであつた。 N−n−プロピル・ピリジン(TCNQ−)・
TCNQ 1500Ωcm(25℃) N−n−ブチル・ピリジン(TCNQ−)・
TCNQ 330Ωcm(25℃) 本発明により得られる固体電解質は上記従来法
(1)や(2)の場合の如きTCNQ塩の微細結晶の集り
でなく、ほぼ多結晶塊状態に近い。又本発明によ
り得られる固体電解質は、TCNQ塩本来の性質、
例えば皮膜形成性金属表面の酸化皮膜に対する優
れた修復性を維持している。 本発明によれば、TCNQ塩を100%溶解した溶
液により皮膜形成性金属へのTCNQ塩の付着を
なすのと同じことであるから、上記従来方法(1)と
は全く異なり、ほとんど1回の付着作業で、上記
金属が箔状のみならず多孔質の場合でも、必要な
量の固体電解質を形成することができ、量産性の
向上はもとより、乾燥の度にTCNQ塩が劣化す
るといつた従来の欠点が克服される。更に本発明
によれば、固体電解質は多結晶状態に近いから、
上記金属への付着力が十分大きく、従つて従来の
如き凝固用樹脂を用いる必要がなく、固体電解質
の不所望な電導度の低下を避けることができる。 以下本発明実施例を説明する。 アルミニウム化成箔を陽極箔とし、アルミニウ
ムエツチング箔を陰極箔としてこれらをマニラ紙
からなるセパレーターと共に巻き取つたコンデン
サ素子を準備する。この素子は次いで切り口化成
処理の後、250℃の恒温槽中に約4時間放置され
て、上記セパレータの炭化処理がなされる。尚こ
の処理は、素子への固体電解質の含浸度をより高
めるためのものであり、省略し得るものである。
その後上記素子を250℃程度に予熱しておく、一
方、既述の方法で作成された粉末状のTCNQ塩
(本実施例では、N−n−ブチルピリジンの
TCNQ塩)を有底円筒状のアルミニウムケース
内に充填し、このケースを加熱した金属板上に載
置することによりケース内のTCNQ塩を融解液
化する。 続く工程として斯る融解液化後、直ちに、上記
予熱保持されているコンデンサ素子をケース内の
液化状態のTCNQ塩に挿入し、次いでこのケー
スを、水中に浸漬して急冷する。これによりコン
デンサ素子のセパレータにTCNQ塩が、含浸し
た状態で固化し、そのTCNQ塩は高電導度を示
す固体電解質を形成する。最後に陽極リード及び
陰極リードの先端を露出した状態で上記ケースの
開口を樹脂封口し、エージングすることにより目
的とする固体電解コンデンサが完成する。 下表に本実施例固体電解コンデンサの特性を示
す。表中、cap,tanδは、夫々120Hzでの静電容
量、損失、ESRは、100KHzでの等価直列抵抗、
△capは、+25℃でのcapに対する静電容量変化
率、LCは25V印加15秒後の漏れ電流を夫々意味
する。比較のため従来品として、本発明に用いた
ものと同じ捲き取り素子を用いエチレングリコー
ル系の電解液を含浸したものを挙げる。
【表】
【表】 上記実施例では、コンデンサ素子を構成する箔
金属は、アルミニウムであつたが、他の被膜形成
性金属、例えばタンタルやニオブでも良い。 以上の説明より明らかな如く、本発明によれ
ば、有機半導体からなる固体電解質を用いた固体
電解コンデンサにおいて、固体電解質の皮膜形成
性金属への含浸付着が簡単な作業で行え、かつ斯
る作業時に固体電解質の劣化も少なく更に固体電
解質の電導度が高く、温度に対して安定している
ことから、温度特性、周波数特性において、従来
の捲き取り素子に電解液を含浸したものに比べ
て、著しく改善されている。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 N位を炭化水素基で置換したピリジンの
    TCNQコンプレツクス塩を加熱融解し、陽極酸
    化皮膜の形成された皮膜形成性金属よりなるコン
    デンサ素子に含浸させた後、冷却固化したことを
    特徴とする固体電解コンデンサ用固体電解質の製
    造方法。 2 特許請求の範囲第1項において、上記炭化水
    素基はn−プロピル又はn−ブチルであることを
    特徴とする固体電解コンデンサ用固体電解質の製
    造方法。
JP57172063A 1982-09-29 1982-09-29 固体電解コンデンサ用固体電解質の製造方法 Granted JPS5961026A (ja)

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