JPH07312328A

JPH07312328A - コンデンサ用セパレータ

Info

Publication number: JPH07312328A
Application number: JP13867494A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Murakami; 知之村上; Takuji Okeyui; 卓司桶結; Kozaburo Okubo; 公三郎大久保; Kazumi Fujisawa; 和海藤沢
Original assignee: Nitto Denko Corp; Nichicon Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp; Nichicon Corp
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-06-21
Publication date: 1995-11-28
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: JP3540366B2

Abstract

(57)【要約】【目的】優れた耐熱性はもちろん、充分な親電解液性を
有し、しかもコンデンサ製造工程の作業性に優れたコン
デンサ用セパレータを提供する。【構成】下記の高分子膜（Ａ）に紙製基材が積層、また
は抄紙された積層体からなるコンデンサ用セパレータで
ある。（Ａ）フッ素系多孔質高分子膜に、フッ素系高分子多孔
質膜の多孔を利用してフッ素系界面活性剤を含浸させた
高分子膜。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コンデンサ用として
好適なセパレータ、例えば、充分な親電解液性を有する
とともに、長期間安定した耐熱性を有し、コンデンサ作
製工程のセパレータ巻き込み作業性に優れた電解コンデ
ンサ用，電気二重層コンデンサ用セパレータに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンデンサ用セパレータとして、
クラフト紙，マニラ紙等の紙製基材や、親水性モノマー
をグラフト重合する等の処理を行ったポリエチレン製ま
たはポリプロピレン製多孔質膜が用いられている。ま
た、フッ素樹脂をアルコール処理した多孔質膜（特開昭
６２−２６３６２４号公報）や、極性有機溶媒に親和性
のある物質を被覆してなるフッ素樹脂多孔質膜（特開平
２−２４１０１３号公報）等が提案されている。さら
に、フッ素樹脂多孔質膜にフッ素系界面活性剤を含浸
し、架橋固定させた親水化膜（特公平５−２１００９号
公報，特公平５−２１０１０号公報）等が提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ク
ラフト紙やマニラ紙の場合、これらが電解液中で高温に
曝されることにより劣化し、硫酸等の酸性電解液には脆
化するため使用することができないという問題があっ
た。また、上記ポリエチレン製またはポリプロピレン製
多孔質膜の場合、耐熱性に劣るため、高温での長時間使
用時や、コンデンサ製造工程中の２００℃以上の短時間
での加熱時に溶融して空孔が閉塞されるという問題があ
った。さらに、上記フッ素樹脂をアルコール処理した多
孔質膜の場合、長時間使用の結果、膜が乾燥して吸収液
量が低下するという問題があった。また、上記極性有機
溶媒に親和性のある物質として特定のパーフルオロイオ
ン交換ポリマーを被覆してなるフッ素樹脂多孔質膜の場
合、このポリマーは疎水部である−ＣＦ₃末端が一個し
かなく、膜への親和力が弱いため、上記ポリマーの選択
によっては充分に親水化されず、得られるセパレータは
満足できるものではなかった。そして、上記フッ素樹脂
多孔質膜にフッ素系界面活性剤を含浸し、架橋固定させ
た親水化膜は、上記多孔質膜が軟質であるため、多孔質
膜にフッ素系界面活性剤を含浸し、架橋固定させても、
その膜は腰が弱く、コンデンサ製造工程中に、皺が形成
され易く極めて作業性の悪いものであった。

【０００４】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、優れた耐熱性はもちろん、充分な親電解液性
を有し、しかもコンデンサ製造工程の作業性に優れたコ
ンデンサ用セパレータの提供をその目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明のコンデンサ用セパレータは、下記の高分
子膜（Ａ）に紙製基材が積層、または抄紙された積層体
からなるという構成をとる。（Ａ）フッ素系多孔質高分子膜に、フッ素系高分子多孔
質膜の多孔を利用してフッ素系界面活性剤を含浸させた
高分子膜。

【０００６】

【作用】すなわち、本発明者らは、耐熱性はもちろん、
充分な親電解液性を有し、しかもコンデンサ製造工程中
に皺の発生等の問題が生じず作業性にも優れたセパレー
タを得るために一連の研究を重ねた。その結果、フッ素
系多孔質高分子膜に、その多孔を利用してフッ素系界面
活性剤を含浸させた高分子膜（Ａ）と、紙製基材とが積
層、または抄紙された積層体を用いると、上記高分子膜
（Ａ）が耐熱性および親電解液性を備えており、しかも
紙製基材または抄紙が補強作用を奏することから、この
セパレータを用いたコンデンサでは、所望のコンデンサ
特性が得られると同時にコンデンサの製造時に皺等が形
成されず作業性の向上が図られることを見出しこの発明
に到達した。

【０００７】つぎに、この発明を詳しく説明する。

【０００８】この発明のコンデンサ用セパレータは、紙
製基材または抄紙と、特殊な高分子膜とを用いて得られ
る積層体からなる。

【０００９】上記紙製基材としては、特に限定するもの
ではなく従来公知のものが用いられ、例えば天然セルロ
ースからなる紙、すなわち、木材パルプやマニラ麻から
製造される紙等があげられる。

【００１０】上記特殊な高分子膜は、フッ素系多孔質高
分子膜に、フッ素系高分子多孔質膜の多孔を利用してフ
ッ素系界面活性剤を含浸させた高分子膜（Ａ）である。

【００１１】上記フッ素系多孔質高分子膜としては、ポ
リテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），テトラフルオ
ロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重
合体（ＰＦＡ），テトラフルオロエチレン−ヘキサフル
オロプロピレン共重合体（ＦＥＰ），テトラフルオロエ
チレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ），ポリクロロト
リフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）等からなる疎水性の多
孔質膜等があげられる。特に、耐薬品性，耐熱性等の観
点から上記ＰＴＦＥが好ましい。また、これら膜の孔径
としては、０．０１〜２０μｍが好ましく、特に０．０
５〜５μｍの孔径を有する膜が好適に用いられる。

【００１２】上記フッ素系多孔質高分子膜の多孔を利用
して、これに含浸させるフッ素系界面活性剤としては、
下記に示す（ａ）アニオン性，（ｂ）カチオン性，
（ｃ）ノニオン性のフッ素系界面活性剤があげられる。
これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。な
かでも、コンデンサ用セパレータとして用いられること
から、金属を含有しないフッ素系界面活性剤を用いるこ
とが好ましい。

【００１３】（ａ）アニオン性フッ素系界面活性剤パーフルオロアルキルカルボン酸塩，パーフルオロアル
キルスルホン酸塩，パーフルオロアルキルリン酸塩等が
あげられる。そして、上記塩形成のための陽性成分とし
ては、Ｎａ⁺，Ｋ⁺，Ｌｉ⁺，ＮＨ₄ ⁺があげられ、パ
ーフルオロアルキル基の炭素数は４〜２０が好ましい。

【００１４】（ｂ）カチオン性フッ素系界面活性剤パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩等のパ
ーフルオロアルキル第四級アンモニウム塩があげられ
る。そして、上記塩形成のための陰性成分としては、Ｃ
ｌ^-，ＮＯ₃ ^-があげられ、パーフルオロアルキル基の
炭素数は４〜２０が好ましい。（ｃ）ノニオン性フッ素系界面活性剤下記の一般式およびで表されるパーフルオロアルキ
ルエチレンオキサイド付加物，パーフルオロアルキルア
ミンオキサイド付加物等があげられる。上記パーフルオ
ロアルキルアミンオキサイド付加物のパーフルオロアル
キル基の炭素数は４〜２０が好ましい。

【００１５】

【化１】

【００１６】上記フッ素系多孔質高分子膜の多孔である
微細孔にフッ素系界面活性剤を含浸させる方法として
は、特に限定するものではないが、例えば、上記フッ素
系界面活性剤を有機溶媒で１〜１０重量％（以下「％」
と略す）、好ましくは１〜５％に希釈した後、フッ素系
多孔質高分子膜を上記フッ素系界面活性剤溶液に浸漬す
るか、またはその溶液を塗布して、膜を乾燥させる等の
方法があげられる。上記希釈に用いられる有機溶媒とし
ては、特に限定するものではないが、例えば、アセト
ン，エタノール，イソプロピルアルコール等が好適に用
いられる。

【００１７】上記方法により、少なくともフッ素系多孔
質高分子膜の微細孔表面に上記フッ素系界面活性剤から
なる被覆層が形成され、親電解液化された多孔質膜が容
易に得られる。ここで、上記微細孔表面とは、多孔を構
成する繊維表面という意味であって、上記被覆層は少な
くともこの微細孔表面、すなわち、高分子膜の厚み方向
の内部に形成されていればよく、さらに上記多孔質高分
子膜表面に被覆層が形成されていてもよい。

【００１８】上記フッ素系界面活性剤の含浸により形成
される被覆層の形成の度合いは、フッ素系界面活性剤の
濃度と浸漬時間や塗布量により適宜に制御することがで
きるが、この発明のセパレータの構成要素として用いる
には、被覆前後の重量比が、被覆層形成後／被覆層形成
前＝１．０４０／１〜１．０７０／１の範囲となるよう
設定することが好ましく、特に好ましくは１．０４５／
１〜１．０６０／１である。すなわち、被覆層形成後の
重量が被覆前を基準として、１．０４０未満では、満足
できる親電解液性が得られ難く、逆に１．０７０を超え
ると、被覆層形成後にこの被覆層が脱落する量が多くな
り、コンデンサ特性（損失角の正接、インピーダンス）
を低下させる傾向がみられるからである。

【００１９】この発明のコンデンサ用セパレータは、例
えばつぎのようにして製造することができる。すなわ
ち、まず、前記方法によりフッ素系多孔質高分子膜の微
細孔表面に上記フッ素系界面活性剤からなる被覆層が形
成された高分子膜（Ａ）を作製する。ついで、紙製基材
表面に接着剤層を形成し、この接着剤層面に上記高分子
膜（Ａ）を接着・積層して一体化することにより製造す
ることができる。

【００２０】上記接着剤層形成材料としては、例えば導
電性接着剤があげられ、これを塗工することにより接着
剤層が形成される。このように、上記接着剤は、コンデ
ンサ製造工程において高分子膜（Ａ）と紙製基材を一体
化させるために用いられる。そして、上記導電性接着剤
の特性として、例えば、この発明のコンデンサ用セパレ
ータを用いてのコンデンサ製造工程における電極箔とセ
パレータの巻き込みが完了した時点で、電解液注液後に
電解液に溶解して接着機能が消失してもよい。さらに、
上記導電性接着剤に要求される特性としては、このよう
に導電性を有することがあげられ、具体的には、ポリビ
ニルアルコール（ＰＶＡ），澱粉，カルボキシメチルセ
ルロース（ＣＭＣ），ポリエチレンオキサイド（ＰＥ
Ｏ），ポリビニルピロリドン（ＰＮＶＰ），ポリアクリ
ル酸ソーダ（ＰＡＡＮａ）等があげられる。これらは単
独でもしくは２種以上併せて用いられる。

【００２１】上記のようにして製造されるコンデンサ用
セパレータは、高分子膜（Ａ）と紙製基材の２層構造か
らなる積層体であるが、この発明においては、２層構造
に限定するものではなく、上記高分子膜（Ａ）および紙
製基材を各々複数用いて、３層以上の多層構造に形成し
てもよい。この際、積層順序は特に限定するものではな
い。例えば、セパレータの腰をより強くするために、紙
製基材を複数用いた積層体等があげられる。

【００２２】また、積層体の形成において、高分子膜
（Ａ）と紙製基材との積層に限るものではなく、高分子
膜（Ａ）にパルプ繊維等を抄き合わせ、上記高分子膜
（Ａ）と紙製基材との積層体と同様の効果を得ることが
できるようにすることができる。

【００２３】この発明のコンデンサ用セパレータを用い
てのコンデンサとしては、セパレータに電解液を含浸さ
せて、これを一対の電極間に配置した電解コンデンサや
電気二重層コンデンサがあげられる。上記電解コンデン
サにおける電解液としては、例えば、アジピン酸塩，フ
タル酸塩等の電解質を、エチレングリコール，γ−ブチ
ロラクトン，ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等の溶媒
中に含有するもの等があげられる。そして、上記電極
に、陽極箔と陰極箔を用いる。上記陽極箔としては、ア
ルミニウム，タンタルのような被膜形成能を有する金属
箔表面に、陽極酸化等により誘電体被膜を形成させたも
の等があげられる。また、上記陰極箔としては、上記陽
極箔と同様の金属箔が用いられる。これら金属箔として
は、体積当たりの表面積拡大のため、エッチング処理さ
れているものが好適に用いられる。

【００２４】また、上記電気二重層コンデンサにおける
電解液としては、硫酸水溶液，水酸化カリウム水溶液等
を用いる水溶液系や、アルキルアンモニウムの過塩素酸
塩等の電解質を、γ−ブチロラクトン，ジメチルホルム
アミド，ジメチルフルホキシド，プロピレンカーボネー
ト等の有機溶媒に溶解した非水溶液系があげられる。さ
らに、電極としては、特に限定するものではないが、活
性炭繊維布、あるいはその片面に導電性層が形成された
活性炭繊維布等があげられる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、この発明のコンデンサ用
セパレータは、前記特殊な高分子膜（Ａ）に紙製基材が
積層、または抄紙された積層体からなるものである。こ
のため、上記高分子膜（Ａ）に起因する優れた耐熱性お
よび充分な親電解液性を備え、しかも紙製基材を積層、
または抄紙することにより腰の弱さが改善され、コンデ
ンサ製造工程での皺の形成等が生じず製造作業性が向上
する。したがって、この発明のセパレータを用いること
により、コンデンサの品質および生産効率の向上が実現
する。

【００２６】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２７】まず、実施例に先立って、下記の表１に示
す３種類のフッ素系界面活性剤を準備した。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【実施例１】厚み１５μｍのＰＴＦＥ製多孔質膜（孔径
３μｍ）を、アニオン性フッ素系界面活性剤ａ（上記表
１中に記載）を溶解した重量濃度２％のイソプロピルア
ルコール溶液に１０分間浸漬し、引き上げて４０℃で３
０分間乾燥を行うことにより、微細孔に上記フッ素系界
面活性剤が含浸された高分子膜を得た。一方、マニラ紙
として厚み２５μｍの電解コンデンサ紙（日本高度紙工
業社製，ＭＥ３．５）を準備し、このマニラ紙表面に、
ポリビニルアルコールの３％水溶液を塗布し、この塗布
面に半乾燥状態にて上記高分子膜を貼付して８０℃で３
０分間乾燥を行うことにより目的とするコンデンサ用セ
パレータを得た。

【００３０】

【実施例２〜８】下記の表２に示すフッ素系多孔質高分
子膜，フッ素系界面活性剤および導電性接着剤を用い
た。それ以外は実施例１と同様にして目的とするコンデ
ンサ用セパレータを得た。

【００３１】

【表２】

【００３２】

【比較例１】クラフト紙である電解コンデンサ紙（日本
高度紙工業社製，ＰＥＤＨ６０）を２枚準備し、これら
２枚のクラフト紙をコンデンサ用セパレータとした。

【００３３】

【比較例２】マニラ紙である電解コンデンサ紙（日本高
度紙工業社製，ＭＥ３．５）を２枚準備し、これら２枚
のマニラ紙をコンデンサ用セパレータとした。

【００３４】このようにして得られた実施例および比較
例のコンデンサ用セパレータを、陽極箔および陰極箔の
両電極箔間に挟持した。そして、図１に示すように、筒
状に巻き込み、陽極箔１および陰極箔２にそれぞれリー
ド線３を接続しコンデンサ素子４を作製した。図におい
て、５，６はセパレータ７を構成する材料である（実施
例品は２層構造の単層品、比較例品は図示のように独立
した２枚から構成される）。ついで、図２に示すよう
に、アルミケース８内に上記コンデンサ素子４を装填し
て電解コンデンサを作製した。その結果、実施例１〜８
および比較例のセパレータを用いた電解コンデンサの作
製工程における問題は生じなかった。

【００３５】さらに、各電解コンデンサの損失角の正接
およびインピーダンスを測定・評価した。これらの結果
を下記の表３に示す。なお、コンデンサ特性（損失角の
正接およびインピーダンス）の評価方法は下記に示す方
法に従った。

【００３６】〔コンデンサ特性の評価方法〕図１に示す
ように、製作した電解コンデンサの仕様は、陽極箔１に
厚み７０μｍの高純度アルミニウム箔を用い、これにリ
ード線３を接続した。一方、陰極箔２には厚み４０μｍ
のアルミニウム箔を用い、陽極箔１と同様にリード線３
を接続した。セパレータ７には低比抵抗の低圧用電解液
を含浸した後、アルミケース８に収納した（図２参
照）。この電解コンデンサの外形は直径１０ｍｍ×長さ
２０ｍｍである。得られた電解コンデンサをエージング
後、初期の損失角の正接（１２０Ｈｚ）を測定した。同
様にインピーダンス（１００ｋＨｚ）を測定した。な
お、いずれも２０℃における実施例・比較例の特性を示
す。

【００３７】

【表３】

【００３８】上記表３の結果から、実施例１〜８のセパ
レータを用いた電解コンデンサは、比較例のセパレータ
を用いた電解コンデンサよりも特性に優れていることが
わかる。なお、実施例１で得られた高分子膜にパルプ繊
維を抄き合わせてコンデンサ用セパレータを製造した。
そして、上記と同様にして電解コンデンサを製作し、コ
ンデンサ特性を評価した。その結果、上記実施例１〜８
のセパレータを用いた電解コンデンサと同様の優れた効
果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】セパレータを挟持して作製したコンデンサ素子
を示す斜視図である。

【図２】上記コンデンサ素子を組み込んだ電解コンデン
サを示す断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桶結卓司大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内 (72)発明者大久保公三郎京都府京都市中京区御池通烏丸東入一筋目仲保利町191番地の４上原ビル３階ニチコン株式会社内 (72)発明者藤沢和海京都府京都市中京区御池通烏丸東入一筋目仲保利町191番地の４上原ビル３階ニチコン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の高分子膜（Ａ）に紙製基材が積
層、または抄紙された積層体からなることを特徴とする
コンデンサ用セパレータ。（Ａ）フッ素系多孔質高分子膜に、フッ素系高分子多孔
質膜の多孔を利用してフッ素系界面活性剤を含浸させた
高分子膜。