JPH0982580A - アルミニウム電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型でかつ長期間にわたる性能劣化の少ない
アルミニウム電解コンデンサを提供する。 【解決手段】 誘電体酸化皮膜２を有する陽極箔１と陰
極箔３との間にゲル状電解質層４が形成されたアルミニ
ウム電解コンデンサであって、ゲル状電解質が、下記の
（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を含有することを特徴とす
るアルミニウム電解コンデンサ。 （ａ）ポリアミド・ポリエーテルブロックコポリマーお
よびポリエステル・ポリエーテルブロックコポリマーか
ら選ばれる熱可塑性エラストマー （ｂ）極性有機溶媒 （ｃ）溶質

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゲル状電解質を用
いたアルミニウム電解コンデンサおよびその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のアルミニウム電解コンデンサは、
エッチング処理をして表面積を拡大し、誘電体（Ａｌ₂
Ｏ₃）層を形成したアルミニウム箔を陽極とし、エッチ
ング処理を施したアルミニウム箔を陰極とし、この両極
が短絡するのを防ぐために電解液を含浸させた電解紙
（セパレート紙）を両極間に配置した構造となってい
る。通常電解液は、エチレングリコール、グリセリン等
の多価アルコール類を主溶媒とし、ホウ酸アンモニウ
ム、有機酸アンモニウム等の溶質を溶解したものであ
る。電解液を含浸させる電解紙は、陽極箔と陰極箔が短
絡するのを防止し、併せてこの電解液を保持するもので
あり、マニラ紙等の薄く低密度の紙が用いられている。

【０００３】アルミニウム電解コンデンサ素子は、リー
ド線を接合した陽極箔と陰極箔を電解紙を介して重ね合
わせ、巻回して形成した後、電解紙に電解液を含浸させ
て製造している。

【０００４】このような従来のアルミニウム電解コンデ
ンサにおいては、電解液が液状であるためインピーダン
ス特性に劣り、また液状電解液が飛散、蒸発または氷結
すると正常に作動しなくなってしまう。電解液の蒸発や
飛散を防ぐために、アルミニウム外装ケースにコンデン
サ素子を入れ封口材で封止する必要があったが、封止に
よっても完全に電解液の蒸発を防ぐことはできなかっ
た。

【０００５】また従来のアルミニウム電解コンデンサ
は、短絡防止の電解紙を両極間に配置しているので、薄
い電解紙を用いれば、両極間の距離が短くなり、アルミ
ニウム電解コンデンサ素子の外径を小さくできコンデン
サ素子を小型化できる。しかしながら、電解紙の厚さを
薄くしすぎると、両極が短絡してしまう。また電解紙の
密度を上げて、強度を確保しようとすると、電解液を充
分に含浸することができず、求める特性を有するアルミ
ニウム電解コンデンサを得ることができない。現状で
は、電解紙としてどのような材質のものを用いても、４
０μｍ以下の電解紙を使用することは困難である。従っ
て、電解紙を用いるアルミニウム電解コンデンサの小型
化には限界があった。

【０００６】このようなアルミニウム電解コンデンサの
欠点を改良することを目的として、電解紙を介在させず
に、陽極箔と陰極箔の間に、直接ヒドロキシ・エチルセ
ルローズまたはヒドロキシ・プロピルセルローズを含有
するゲル状ペースト層を形成したアルミニウム電解コン
デンサ（特開昭５９−１４５５１７号）が提案されてい
る。

【０００７】しかしながら、特開昭５９−１４５５１７
号等の各種のゲル化剤を用いたアルミニウム電解コンデ
ンサでは、電極箔の表面に、すでにゲル化した電解質を
一定の厚みで均一に付着させることは困難であり、また
エッチング処理した電極箔表面には、エッチングピット
と呼ばれる微細な孔が形成されているため、このエッチ
ングピット内にまで充分に電解質を密着させることがで
きない。そのため、所望の静電容量等の電気的特性を得
るためには、電解質が電極箔に密着していない分、余計
に電極箔を用いる必要があり、結果として小型化を阻害
することになる。

【０００８】またこのような電極箔を巻回することは、
厚みが均一でないことと相まって実現性に乏しく、両極
の電極間距離の不安定性は、損失角の正接等電気的特性
にも悪影響を及ぼす。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、小型でかつ長期間にわたる性能劣化の少な
いアルミニウム電解コンデンサおよびその製造方法を提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、電解液のゲル化
剤として特定構造の熱可塑性エラストマーを用いればよ
いことを見いだし、本発明を完成するに至った。

【００１１】すなわち本発明は、誘電体酸化皮膜を有す
る陽極箔と陰極箔との間にゲル状電解質層が形成された
アルミニウム電解コンデンサであって、ゲル状電解質
が、下記の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を含有すること
を特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。

【００１２】（ａ）ポリアミド・ポリエーテルブロック
コポリマーおよびポリエステル・ポリエーテルブロック
コポリマーから選ばれる熱可塑性エラストマー （ｂ）極性有機溶媒 （ｃ）溶質 および誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔の表
面に、（ａ）ポリアミド・ポリエーテルブロックコポリ
マーおよびポリエステル・ポリエーテルブロックコポリ
マーから選ばれる熱可塑性エラストマー、（ｂ）極性有
機溶媒および（ｃ）溶質を含有するゲル状電解質を熱溶
融させてゲル状電解質層を形成し、陽極箔および陰極箔
にリード線を接続し、両極箔を重ね合わせて巻回するこ
とを特徴とするアルミニウム電解コンデンサの製造方法
に関するものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のアルミニウム電解コンデ
ンサの原理を図１により説明する。

【００１４】本発明のアルミニウム電解コンデンサは図
１に示したように、化成処理を施し誘電体酸化皮膜２が
形成された陽極箔１とエッチング処理を施した陰極箔３
の間にゲル状電解質層４が形成されたものである。本発
明のゲル状電解質層４は、充分なゲル強度を有している
ため、電解紙を介在させなくても、両極間が短絡するこ
とはない。また、本発明におけるゲル状電解質は、マト
リックスとなる熱可塑性エラストマーが溶質と溶媒を十
分に保持するため、本発明のゲル状電解質を用いて製造
したアルミニウム電解コンデンサは、静電容量、損失角
の正接、漏れ電流等の電気的特性において、従来の電解
紙を用いた場合と同程度あるいはそれ以上に優れた性能
を有する。さらに、本発明のアルミニウム電解コンデン
サの電解質はゲル状であるため、高温における蒸発が少
ないため、アルミニウム電解コンデンサの特性が長期間
にわたって、劣化することが少ない。

【００１５】本発明のアルミニウム電解コンデンサのゲ
ル状電解質層は、下記の（ａ）〜（ｃ）の３成分を必須
として含有するものである。

【００１６】（ａ）ポリアミド・ポリエーテルブロック
コポリマーおよびポリエステル・ポリエーテルブロック
コポリマーから選ばれる熱可塑性エラストマー （ｂ）極性有機溶媒 （ｃ）溶質 本発明のゲル状電解質における（ａ）成分の熱可塑性エ
ラストマーは、ゲルのマトリックスとなるものであり、
特定の熱可塑性エラストマーを選択することにより充分
な強度を有するゲルマトリックスを形成することができ
る。（ａ）成分の熱可塑性エラストマーにおけるポリア
ミド・ポリエーテルブロックコポリマーとは、ナイロン
１２等のハードセグメントとポリエーテルからなるソフ
トセグメントを有するブロック共重合体である。また、
ポリエステル・ポリエーテルブロックコポリマーとは、
芳香族ポリエステル等のハードセグメントとポリエーテ
ルのソフトセグメントを有するブロック共重合体であ
る。

【００１７】（ｂ）成分の極性有機溶媒は、電解液、熱
可塑性エラストマーおよび溶質の溶媒でもある。従っ
て、本発明における極性有機溶媒は、溶質を溶解し、熱
可塑性エラストマーとゲル構造を生成するものであれば
特に限定されないが、例えばエチレンカーボネート、プ
ロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、スルホ
ラン、γ−ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムア
ミド、アセトニトリル、ニトロメタン、Ｎ−メチルピロ
リドン、テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエタ
ン、１，３−ジオキソランおよび２−メトキシテトラヒ
ドロフラン等を挙げることができる。

【００１８】（ｃ）成分の溶質は、アルミニウム電解コ
ンデンサの電解液に通常用いられるものであれば特に限
定されないが、例えば、フタル酸、マレイン酸、サリチ
ル酸、安息香酸等の３級あるいは４級アンモニウム塩等
を挙げることができる。

【００１９】本発明のアルミニウム電解コンデンサは、
陽極箔と陰極箔の間に電解紙を介在させずに、特定のゲ
ル状電解質層を設けることを特徴とするため、両極間の
短絡を防止し、両極間の距離を短くして素子を小型化す
るためには、ゲル状電解質はある程度のゲル強度が必要
である。そのためには、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の
各成分の配合割合を調整する必要がある。例えば、
（ａ）、（ｂ）および（ｃ）成分の合計が１００ｗｔ％
となるように、各成分を以下のような配合割合とするこ
とが好ましい。

【００２０】（ａ）成分：１０〜５０ｗｔ％ （ｂ）成分：４５〜８５ｗｔ％ （ｃ）成分： ５〜３０ｗｔ％ 陽極箔と陰極箔の表面に、ゲル状電解質層を形成する方
法はいかなる方法でもよいが、例えば上記の（ａ）〜
（ｃ）の各成分を１３０〜２００℃で加熱溶解し、得ら
れた溶解液を陽極箔または陰極箔上に塗布、噴霧する
か、または溶解液中に陽極箔または陰極箔を浸漬し、冷
却することにより、陽極箔または陰極箔の表面に所定の
厚さのゲル状電解質層を形成することができる。ゲル状
電解質層の厚さは、５〜４０μｍの範囲で形成すればよ
い。また、（ａ）成分の熱可塑性エラストマーをジクロ
ロメタン、トルエン等の非極性溶媒に溶解させ、（ｂ）
および（ｃ）成分を加えて、電極箔を浸漬し、その後非
極性溶媒を蒸発させて、ゲル状電解質層を形成させても
よい。

【００２１】本発明のアルミニウム電解コンデンサを製
造するには、以下のように行えばよい。

【００２２】（１）エッチング処理工程 アルミニウム箔の表面積を拡大するために、アルミニウ
ム箔を塩化物水溶液中で直流、交流、または直流、交流
の交互作用により、連続して電気化学的にエッチングす
る。

【００２３】（２）誘電体形成処理工程 エッチング処理されたアルミニウム箔を連続してリン酸
アンモニウム、ホウ酸アンモニウム等の液中で電気化学
的に、定格電圧の１４０〜２００％の電圧で酸化アルミ
ニウムの誘電体の形成を行う。

【００２４】（３）ゲル状電解質層形成工程 所定の大きさに裁断された誘電体形成処理されたアルミ
ニウム陽極箔およびエッチング処理されたアルミニウム
陰極箔の表面に、上記方法によりゲル状電解質層を形成
する。

【００２５】（４）巻込工程 ゲル状電解質層が形成されたアルミニウム陽極箔とアル
ミニウム陰極箔を重ね合わせて、円筒形に巻き込む。巻
込工程において、両アルミニウム箔に端子を引き出すた
めに、アルミニウムのリード線を接続する。なお、巻込
工程において、両極のアルミニウム箔をより完全に機械
的に接触するのを防ぐために、アルミニウム陽極箔とア
ルミニウム陰極箔の巻き始めおよび巻き終わり、並びに
リード線接続部にマニラ紙等のセパレータを配置するこ
とが好ましい。また、電極箔のリード線接続部において
も、リード線が段差を形成することから、ゲル状電解質
を補強する意味でマニラ紙等のセパレータを配すること
が好ましい。

【００２６】（５）封止工程 巻回されたアルミニウム電解コンデンサ素子の気密性を
保持するために、アルミニウム外装ケースに入れ、封止
剤で封止する。

【００２７】以下、実施例により本発明をより詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるも
のでない。

【００２８】

【実施例】

実施例１

【００２９】

【表１】

【００３０】表１に示した組成の混合物を約１５０℃に
加熱し溶解した。この溶解液中に、エッチング処理した
アルミニウム箔と酸化アルミニウム皮膜を形成したアル
ミニウム箔を浸漬した後冷却し、両アルミニウム箔の両
面に５μｍのゲル状電解質層を形成した（両極箔間の距
離１０μｍ）。両極箔にアルミニウムリード線を取り付
け、箔の巻始めおよび巻終わり、さらにリード線接続部
にセパレータとしてマニラ紙を当て、巻回した。得られ
たアルミニウム電解コンデンサ素子をアルミニウム外装
ケースに入れ、封止し、定格電圧５０Ｖ、定格静電容量
１０μＦ、サイズ５φ×５Ｌのアルミニウム電解コンデ
ンサを製造した。得られたアルミニウム電解コンデンサ
の静電容量、損失角の正接、漏れ電流を測定した。５０
個のアルミニウム電解コンデンサを測定し、その平均値
を取り、製造直後および１０５℃・１０００時間経過後
の値を測定した。結果は表４に示す 実施例２

【００３１】

【表２】

【００３２】表２に示した組成の混合物を用いた他は、
実施例１に準じて、両極箔間の距離が１０μｍである定
格電圧５０Ｖ、定格静電容量１０μＦ、サイズ５φ×５
Ｌアルミニウム電解コンデンサを製造した。得られたア
ルミニウム電解コンデンサの特性を実施例１と同様に測
定した。測定結果を表４に示す。

【００３３】比較例１

【００３４】

【表３】

【００３５】エッチング処理したアルミニウム箔と酸化
アルミニウム皮膜を形成したアルミニウム箔の間に電解
紙としてマニラ紙（４０μｍ）介して重ね合わせ、アル
ミニウムリード線を接続して巻回した後、表３に示す電
解液に浸漬し、マニラ紙に電解液を含浸した（両極箔間
の距離４０μｍ）。電解液を含浸した素子をアルミニウ
ム外装ケースに入れて封止し、定格電圧５０Ｖ、定格静
電容量１０μＦ、サイズ６．３φ×５Ｌのアルミニウム
電解コンデンサを製造した。得られたアルミニウム電解
コンデンサの特性を実施例１と同様に測定した。測定結
果を表４に示す。

【００３６】

【表４】

【００３７】表４に示した結果から明らかなように、本
発明のアルミニウム電解コンデンサは、小型化されたの
にも関わらず、従来の電解紙を用いたアルミニウム電解
コンデンサと製造時における特性はほぼ同じである。ま
た、１０５℃、１０００時間経過後においても、本発明
のアルミニウム電解コンデンサは、従来の電解紙を用い
たアルミニウム電解コンデンサと比較して、長期間の高
温における性能の劣化が少ないことが分かる。

【００３８】

【発明の効果】本発明のアルミニウム電解コンデンサ
は、セパレータとしての電解紙を用いないため、両極箔
間の距離を短くすることができるため、アルミニウム電
解コンデンサ素子を小型化することができる。

【００３９】また、本発明のアルミニウム電解コンデン
サは、電解液がゲル状であるため、電解液が蒸散したり
凍結することがないため、高温時あるいは低温時におけ
る性能の劣化が少ない。

【００４０】さらに、本発明によるアルミニウム電解コ
ンデンサの製造方法によれば、電極箔の表面に、ゲル状
の電解質層を一定の厚みで均一に付着させることができ
るとともに、電極箔にゲル状電解質を導入する際には、
ゲル状電解質を熱溶融しているため、エッチングした電
極箔表面のいわゆるエッチングピット内にも充分に電解
質層を密着させることができる。そのため、所望の静電
容量等の電気的特性を得ることが容易になる。

【００４１】また、本発明によるゲル状電解質層は可撓
性に富むため、ゲル状電解質層を形成した電極箔であっ
ても、一定の間隔に保持したまま巻回することが容易で
あり、従来の電解紙を用いた電解コンデンサの製造方法
と比較して工程が簡便になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアルミニウム電解コンデンサの原理
図。

【符号の説明】

１ 陽極箔 ２ 誘電体酸化皮膜 ３ 陰極箔 ４ ゲル状電解質

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体酸化皮膜を有する陽極箔と陰極箔
   との間にゲル状電解質層が形成されたアルミニウム電解
   コンデンサであって、ゲル状電解質が、下記の（ａ）、
   （ｂ）および（ｃ）を含有することを特徴とするアルミ
   ニウム電解コンデンサ。 （ａ）ポリアミド・ポリエーテルブロックコポリマーお
   よびポリエステル・ポリエーテルブロックコポリマーか
   ら選ばれる熱可塑性エラストマー （ｂ）極性有機溶媒 （ｃ）溶質
2. 【請求項２】 誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔と陰
   極箔の表面に、（ａ）ポリアミド・ポリエーテルブロッ
   クコポリマーおよびポリエステル・ポリエーテルブロッ
   クコポリマーから選ばれる熱可塑性エラストマー、
   （ｂ）極性有機溶媒および（ｃ）溶質を含有するゲル状
   電解質を熱溶融させてゲル状電解質層を形成し、陽極箔
   および陰極箔にリード線を接続し、両極箔を重ね合わせ
   て巻回することを特徴とするアルミニウム電解コンデン
   サの製造方法。
3. 【請求項３】 ゲル状電解質層を形成した陽極箔と陰極
   箔の巻き始めおよび巻き終わり、並びにリード線接続部
   にセパレータを配したことを特徴とする請求項１記載の
   アルミニウム電解コンデンサ。