JPH10116754A - 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の提供。 【解決手段】 誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔と陰
極箔との間に、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が配置された
電解コンデンサ素子に、極性有機溶媒と溶質を含有する
電解液を含浸させ、熱処理してゲル状電解質を形成した
ことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。

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。さらに、紙等の多孔質のセパレー
タの場合は、電極のアルミニウム箔のバリが多孔質セパ
レータの孔部の空間部を貫通して対向する箔に接触して
ショートを起こしたり、たとえ接触しなくとも過電圧が
印加した場合にこの部分がショートしやすくなる。

【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】近年になり、イオン伝導性高分子組成物膜
を形成して、セパレータレス化することにより上記した
従来のアルミニウム電解コンデンサの欠点を解消しよう
とする技術が提案されている（特開平６−５３０８１
号）。

【００１０】しかし、特開平６−５３０８１号公報に記
載された技術は、希釈度の高い電解質と低い電解質を塗
布するという複雑な工程が必要となり、さらに既存の従
来法の製造工程を変更しなければならず、製造コストが
上昇する問題があった。

【００１１】

【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。

【００１２】さらに本発明が解決しようとする課題を詳
細に述べれば、高温での経時劣化を防止して長寿命化を
図り、しかも良好な低温安定性および低ＥＳＲ（低ｔａ
ｎδ）の実現、ショートの防止、耐過電圧性の向上を図
り、既存の製造工程の活用と特性安定性に優れた小型化
可能な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。

【００１３】

【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、特定構造の熱可
塑性エラストマーを用いて、アルミニウム電解コンデン
サ素子を調製し、その後電解液を含浸させ、ゲル化させ
ればよいことを見いだし、本発明を完成するに至った。

【００１４】すなわち、本発明は、 （１）誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔との
間に、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が配置された電解コン
デンサ素子に、極性有機溶媒と溶質を含有する電解液を
含浸させ、熱処理してゲル状電解質を形成したことを特
徴とするアルミニウム電解コンデンサ、

【００１５】（２）前記（１）項記載のアルミニウム電
解コンデンサにおいて、電解コンデンサ素子が、誘電体
酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔との間に、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フィルムを挟持して巻回された電解
コンデンサ素子であることを特徴とするアルミニウム電
解コンデンサ、

【００１６】（３）前記（１）項記載のアルミニウム電
解コンデンサにおいて、電解コンデンサ素子が、誘電体
酸化皮膜が形成された陽極箔および／または陰極箔の表
面に、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層を形成して巻回され
た電解コンデンサ素子であることを特徴とするアルミニ
ウム電解コンデンサ、

【００１７】（４）誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔
と陰極箔との間に、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を配置し
て電解コンデンサ素子とし、該電解コンデンサ素子を極
性有機溶媒と溶質を含有する電解液に含浸し、熱処理し
てゲル状電解質を形成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、

【００１８】（５）前記（４）項記載のアルミニウム電
解コンデンサの製造方法において、誘電体酸化皮膜が形
成された陽極箔と陰極箔との間に、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
トマーフィルムを挟持して巻回して電解コンデンサ素子
と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、

【００１９】（６）前記（４）項記載のアルミニウム電
解コンデンサの製造方法において、誘電体酸化皮膜が形
成された陽極箔および／または陰極箔の表面に、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層を形成して電解コンデンサ素子と
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。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、誘電体酸化皮膜
が形成された陽極箔と陰極箔の間に、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
ストマーを配置した電解コンデンサ素子に、極性有機溶
媒と溶質を含有する電解液を含浸・熱処理を施してゲル
化してゲル状電解質を形成することにある。

【００２１】本発明の熱可塑性エラストマーは、ゲル状
電解質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。

【００２２】本発明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。

【００２３】本発明の電解液に用いる極性有機溶媒は、
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。

【００２４】本発明の電解液に用いる溶質は、アルミニ
ウム電解コンデンサの電解液として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。

【００２５】本発明のアルミニウム電解コンデンサにお
いて、陽極箔と陰極箔の間に熱可塑性エラストマーを配
置する方法として、熱可塑性エラストマーのフィルムを
陽極箔と陰極箔の間に挟持する方法と、陽極箔および／
または陰極箔の表面に熱可塑性エラストマーの層を形成
させる方法がある。

【００２６】陽極箔と陰極箔の間に熱可塑性エラストマ
ーのフィルムを挟持する方法として例えば、以下（１）
〜（４）のような実施形態を挙げることができる。

【００２７】（１）熱可塑性エラストマーフィルムの幅
を箔より狭くして、後述する熱処理、ゲル化の工程で電
解質層の厚さを薄くして、幅を箔と同じにする方法。

【００２８】（２）熱可塑性エラストマーフィルムの幅
を箔の半分より狭くしたものを２枚並べて使用し、熱処
理、ゲル化の工程でゲル状電解質層の厚さを薄くして、
幅を箔と同じとする方法。

【００２９】（３）多孔質の熱可塑性エラストマーフィ
ルムを用いる方法。

【００３０】（４）熱可塑性エラストマーフィルムとし
て、熱可塑性エラストマー繊維を用いた織布または不織
布を使用する方法。

【００３１】また、熱可塑性エラストマー層を陽極箔お
よび／または陰極箔の表面に形成させる方法としては、
例えば以下のような実施形態が挙げられる。

【００３２】（１）陽極箔および／または陰極箔の表面
に熱可塑性エラストマーの粉末を散布し、ロール等で加
熱圧着する方法。

【００３３】（２）陽極箔および／または陰極箔の表面
に熱可塑性エラストマーと溶媒からなる溶液を塗布した
後、乾燥等によって溶媒を蒸散させる。

【００３４】陽極箔と陰極箔の間に熱可塑性エラストマ
ーを配置した後の工程は、電解液を含浸させ、熱処理す
ることにより、電解液を含浸した熱可塑性エラストマー
をゲル化させ、ゲル状電解質を形成する工程である。

【００３５】ゲル化する方法として、例えば以下のよう
な実施形態を挙げることができる。 （１）上記手段により陽極箔と陰極箔の間に熱可塑性エ
ラストマーを配置し、巻回したアルミニウム電解コンデ
ンサ素子と電解液を外装のケースに封入して、加熱する
方法。

【００３６】（２）上記手段により陽極箔と陰極箔の間
に熱可塑性エラストマーを配置し、巻回したアルミニウ
ム電解コンデンサ素子を加熱した電解液に浸漬する方
法。

【００３７】加熱温度は、電解液を含浸した熱可塑性エ
ラストマーがゲル化する温度であれば特に限定されない
が、例えば１４０〜１７０℃の範囲内で適宜選択すれば
よい。

【００３８】また電解液における溶質の濃度は、溶質の
種類により異なるが、例えば５〜１５％の範囲内で適宜
選択すればよい。

【００３９】ゲル状電解質を形成した後は、常法により
再化成処理を行なえばよい。

【００４０】以下、実施例に基づいて本発明をより詳細
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。

【００４１】

【実施例】

実施例１ ポリアミド・ポリエーテルブロックコポリマーの粉体か
ら二軸延伸法によって、３０μのフィルムを調製した。
次に、このフィルムを幅４ｍｍに切断して、箔幅７ｍｍ
の誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔の中央に
挟んで巻回し、アルミニウム電解コンデンサ素子とし
た。このアルミニウム電解コンデンサ素子に表１に示し
た組成の電解を含浸させ、ケースに封入した後、１５０
℃、１０分間加熱してゲル状電解質を形成した。その
後、１０５℃、１時間再化成して、定格電圧５０Ｖ、定
格静電容量１０μＦ、サイズ５φ×５Ｌのアルミニウム
電解コンデンサを調製した。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
時間経過後の値を算出した。その結果を表２に示す。

【００４２】実施例２ 箔幅７ｍｍの陰極箔の表面にポリアミド・ポリエーテル
ブロックコポリマーの粉末を散布し、ロールで１５０℃
に加熱、圧着し、ポリアミド・ポリエーテルブロックコ
ポリマー層（厚み約３０μ）が表面に形成された陰極箔
を調製した。次に、この陰極箔と箔幅７ｍｍの陽極箔を
巻回し、アルミニウム電解コンデンサ素子を調製した。
１５０℃に加熱した表１の電解液中に、巻回素子を１０
分間浸漬して、ゲル状電解質を形成した。その後、外装
ケースに封入し、１０５℃、１時間再化成して、アルミ
ニウム電解コンデンサを調製した。実施例１に準じて、
高温負荷試験前後の特性を測定した。結果を表２に示
す。

【００４３】比較例１ 厚さ４０μの電解紙を用いた従来法により、実施例１，
２と同等の仕様のアルミニウム電解コンデンサを調製
し、同様に高温負荷試験前後の特性を測定した。その結
果を表２に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】表２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、セパレータレス
によって箔間距離を小さく保つことができるので、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ｔａｎδが小さく、その他の特性はほぼ同じで
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。

【００４７】

【発明の効果】本発明のアルミニウム電解コンデンサ
は、以下のような優れた効果を有するものである。

【００４８】（１）ポリアミド・ポリエーテルブロック
コポリマー、ポリエステル・ポリエーテルブロックコポ
リマーの熱可塑性エラストマーを使用することによっ
て、ゲル状電解質を箔表面に均一な厚みで、箔への密着
性も良好な状態で形成することができるので、電解液の
ゲル化およびセパレータレス化が可能になる。

【００４９】（２）電解質をゲル化することによって、
電解液の蒸散を抑制することができるので、長寿命化を
図ることができる。また、電解液の凍結を抑制すること
ができるので、良好な低温特性が得られる。さらに、電
解液保持量が多いので、長寿命化が図れ、低ＥＳＲ、低
ｔａｎδを達成できる。また、ゲル状電解質の場合は、
非多孔性なので、多孔性のセパレータにみられたショー
トや耐電圧の低下を防止することができる。

【００５０】（３）セパレータレス化することにより、
電解質部分の厚みを薄くすることができるので、アルミ
ニウム電解コンデンサを小型化することができる。

【００５１】（４）箔間に熱可塑性エラストマーを配置
してアルミニウム電解コンデンサ素子を形成した後に、
電解液を含浸、熱処理して電解液をゲル化するので、ア
ルミニウム電解コンデンサ素子の巻回工程を従来通り乾
燥状態で行うことができるので、既存の従来法による製
造工程を使用することができ、製造工程の容易化が可能
である。また、均一電解質層が形成できるので、特性の
安定化を図ることができる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔と陰
   極箔との間に、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が配置された
   電解コンデンサ素子に、極性有機溶媒と溶質を含有する
   電解液を含浸させ、熱処理してゲル状電解質を形成した
   ことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアルミニウム電解コンデ
   ンサにおいて、電解コンデンサ素子が、誘電体酸化皮膜
   が形成された陽極箔と陰極箔との間に、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
   ラストマーフィルムを挟持して巻回された電解コンデン
   サ素子であることを特徴とするアルミニウム電解コンデ
   ンサ。
3. 【請求項３】 請求項１記載のアルミニウム電解コンデ
   ンサにおいて、電解コンデンサ素子が、誘電体酸化皮膜
   が形成された陽極箔および／または陰極箔の表面に、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層を形成して巻回された電解コ
   ンデンサ素子であることを特徴とするアルミニウム電解
   コンデンサ。
4. 【請求項４】 誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔と陰
   極箔との間に、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を配置して電
   解コンデンサ素子とし、該電解コンデンサ素子を極性有
   機溶媒と溶質を含有する電解液に含浸し、熱処理してゲ
   ル状電解質を形成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。
5. 【請求項５】 請求項４記載のアルミニウム電解コンデ
   ンサの製造方法において、誘電体酸化皮膜が形成された
   陽極箔と陰極箔との間に、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フ
   ィルムを挟持して巻回して電解コンデンサ素子とするこ
   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。
6. 【請求項６】 請求項４記載のアルミニウム電解コンデ
   ンサの製造方法において、誘電体酸化皮膜が形成された
   陽極箔および／または陰極箔の表面に、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
   ラストマー層を形成して電解コンデンサ素子とすること
   を特徴とするアルミニウム電解コンデンサの製造方法。