JPH10199762A - 電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電解コンデンサの開弁時や廃棄時に発生する
電解液気化ガスの臭気が臭くなく、また電解コンデンサ
の封口ゴム材質を劣化させることなく、さらには電導度
も高い電解コンデンサ駆動用電解液を提供することを目
的とする。 【解決手段】 有機溶媒に、カルボン酸と（化１）で示
されるアルキレンジアミンとの塩を電解質として溶解す
ることにより電解コンデンサ駆動用電解液を構成したも
のである。 【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電解コンデンサに使
用する電解コンデンサ駆動用電解液およびそれを用いた
電解コンデンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来における電解コンデンサ駆動用電解
液としては、エチレングリコール溶媒に、電解質として
ホウ酸やアジピン酸のアンモニウム塩を溶解させたもの
が知られている。

【０００３】また、低温特性の優れた電解液としては、
低温での粘性が低いγ−ブチロラクトン等の溶媒に有機
酸や無機酸、またはそれらの塩を電解質として溶解させ
たものが用いられており、トリエチルアミン等のトリア
ルキルアミンのカルボン酸塩を電解質とした電解液等が
知られている。

【０００４】さらにマレイン酸まはたシトラコン酸の第
四級アンモニウム塩を電解質とした電解液（特公平３−
６６４６号公報）や、芳香族カルボン酸の第四級アンモ
ニウム塩を電解質とした電解液（特公平３−８０９２号
公報）等も知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エチレ
ングリコール溶媒に、ホウ酸やアジピン酸のアンモニウ
ム塩を溶解させた電解液は低温での電導度低下が大きい
という問題点があった。

【０００６】また、γ−ブチロラクトン溶媒に、第四級
アンモニウム塩を電解質とし溶解させた電解液は高い電
導度を有する反面、第四級アンモニウムイオンの電気分
解により強アルカリ性物質が生成され、これが封口部材
であるゴムパッキンを劣化させる場合があり、長時間保
証が難しいという問題点があった。

【０００７】そしてまた、γ−ブチロラクトン溶媒にト
リエチルアミン等のトリアルキルアミンのフタル酸塩を
電解質として溶解させた電解液は、強アルカリ性物質は
生成されないが電導度が決して十分ではないという問題
点を有していた。

【０００８】比較的電導度の高いトリアルキルアミン材
料としては、トリメチルアミンやＮ，Ｎ−ジメチルエチ
ルアミンが知られているが、アミン成分およびこれらの
カルボン酸塩溶液の臭気は腐敗臭である上にアミン成分
の蒸気圧が高くて揮発しやすいため、電解コンデンサの
開弁時や廃棄時にはその臭気が広域に拡散してしまうと
いう環境保全上または電解コンデンサを使用後に廃棄す
る上での課題を有していた。

【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、電解コンデンサの開弁時や廃棄時に発生する電解液
気化ガスの臭気が臭くなく、また電解コンデンサの封口
ゴム材質を劣化させることもなく、さらには電導度も高
い電解コンデンサの駆動用電解液を提供することを目的
とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電解コンデンサ駆動用電解液は、有機溶媒
に、カルボン酸と（化４）で示されるアルキレンジアミ
ンとの塩を電解質として溶解したもので、この構成によ
れば、電解コンデンサの開弁時や廃棄時に発生する電解
液気化ガスの臭気が臭くなく、また電解コンデンサの封
口ゴム材質を劣化させることもなく、さらには電導度も
高い電解コンデンサ駆動用電解液を提供することができ
るものである。

【００１１】

【化４】

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、有機溶媒に、カルボン酸と（化５）で示されるアル
キレンジアミンとの塩を電解質として溶解したもので、
この（化５）で示されるアルキレンジアミンは電子的に
共役していない独立した二つの窒素元素を有するため、
トリアルキルアミン等の一つの窒素元素からなるアミン
化合物と比較して、より多くの正電荷を帯びることがで
き、これにより溶液中でのイオンの電荷運搬性能が高ま
るため、高い電導度を得ることができるものである。

【００１３】また、（化５）で示されるアルキレンジア
ミンは、二つの窒素元素がいずれも三級窒素であるた
め、トリアルキルアミンと同様に、電気分解時に強アル
カリ性物質が発生することはなく、これにより電解コン
デンサの封口ゴム材質を劣化させるようなことはなくな
るため、信頼性の高い電解コンデンサを得ることができ
るものである。

【００１４】そしてまた、（化５）で示されるアルキレ
ンジアミンは、臭気が穏やかであるため、電解コンデン
サの開弁時や廃棄時に発生する電解液気化ガスの臭気は
臭くなく、その結果、環境上の問題は少なくなるもので
ある。

【００１５】

【化５】

【００１６】請求項２に記載の発明は、（化６）で示さ
れるアルキレンジアミンをＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ
メチルエチレンジアミンに特定したものである。これは
分子量が少ないアルキレンジアミンを電解質の塩基成分
としているため、溶液中でのイオンの移動度が大きく、
これにより高い電導度を得ることができるため、インピ
ーダンスの低い電解コンデンサを得ることができるもの
である。

【００１７】

【化６】

【００１８】請求項３に記載の発明は、カルボン酸をｏ
−フタル酸、マレイン酸、安息香酸、アジピン酸の群よ
り選ばれる１種以上に特定したもので、これらのカルボ
ン酸と（化７）で示されるアルキレンジアミンの組み合
わせにより、高い電導度を得ることができるため、イン
ピーダンスの低い電解コンデンサを得ることができるも
のである。

【００１９】

【化７】

【００２０】請求項４に記載の発明は、電解質の含有量
を１０〜５０重量％の範囲に特定したもので、電解質の
含有量が１０重量％以下では、溶液中の可動イオン量が
少ないために電導度が低く、一方、５０重量％以上で
は、溶液の粘性が高くなるために電導度が低くなるもの
であり、したがって、電解質の含有量は１０〜５０重量
％の範囲において十分な電導度が得られるものである。

【００２１】請求項５に記載の発明は、有機溶媒をγ−
ブチロラクトンに特定したもので、熱的な安定性が高
く、かつ粘性の少ないγ−ブチロラクトンを用いること
により、高い電導度を得ることができ、これに加えて電
導度の熱的な変化を抑制できるため、インピーダンスの
低い電解コンデンサを構成できるとともに、電解コンデ
ンサに高温試験を施した際のインピーダンス変化を抑制
することができるものである。

【００２２】請求項６に記載の発明は、有機溶媒に、カ
ルボン酸と（化８）で示されるアルキレンジアミンとの
塩を電解質として溶解して電解コンデンサ駆動用電解液
を用いてなる電解コンデンサで、この構成によれば、カ
ルボン酸と（化８）で示されるアルキレンジアミンによ
り、高い電導度を得ることができるため、インピーダン
スの低い電解コンデンサを得ることができるものであ
る。

【００２３】

【化８】

【００２４】以下、本発明の実施の形態について説明す
る。本発明の電解コンデンサ駆動用電解液の基本は、有
機溶媒に、カルボン酸と（化９）で示されるアルキレン
ジアミンとの塩を電解質として溶解したものである。

【００２５】

【化９】

【００２６】本発明の電解コンデンサ駆動用電解液に用
いられるカルボン酸の例としては、ポリカルボン酸（２
〜４価）：脂肪族ポリカルボン酸［飽和ポリカルボン
酸、例えばシュウ酸，マロン酸，コハク酸，グルタル
酸，アジピン酸，ピメリン酸，スベリン酸，アゼライン
酸，セバチン酸，１，６−デカンジカルボン酸，５，６
−デカンジカルボン酸：不飽和ポリカルボン酸、例えば
マレイン酸，フマル酸，イタコン酸］；芳香族ポリカル
ボン酸、例えばフタル酸，イソフタル酸，テレフタル
酸，トリメリット酸，ピロメリット酸；脂環式ポリカル
ボン酸、例えばテトラヒドロフタル酸（シクロヘキサン
−１，２−ジカルボン酸），ヘキサヒドロフタル酸；こ
れらのポリカルボン酸のアルキル（炭素数１〜３）もし
くはニトロ置換体、例えばシトラコン酸，ジメチルマレ
イン酸，ニトロフタル酸（３−ニトロフタル酸，４−ニ
トロフタル酸）；および硫黄含有ポリカルボン酸、例え
ばチオプロピオン酸；モノカルボン酸：脂肪族モノカル
ボン酸（炭素数１〜３０）［飽和モノカルボン酸、例え
ばギ酸，酢酸，プロピオン酸，酪酸，イソ酪酸，吉草
酸，カプロン酸，エナント酸，カプリル酸，ペラルゴン
酸，ラウリル酸，ミリスチン酸，ステアリン酸，ベヘン
酸：不飽和モノカルボン酸、例えばアクリル酸，メテク
リル酸，オレイン酸］；芳香族モノカルボン酸、例えば
安息香酸，ｏ−ニトロ安息香酸，ｐ−ニトロ安息香酸，
ケイ皮酸，ナフトエ酸；オキシカルボン酸、例えばサリ
チル酸，マンデル酸，レゾルシン酸が挙げられる。これ
らのうちで好ましいのは酸解離定数が大きく、かつ電導
度が高く、しかも熱的に安定なｏ−フタル酸、マレイン
酸、安息香酸、アジピン酸が最適である。

【００２７】電解コンデンサ駆動用電解液を構成する酸
とアミンとの混合比は、電解液のｐＨにして、通常３〜
１１であり、好ましくは４〜９である。この範囲外で
は、電解液の火花電圧が低下する。

【００２８】本発明の電解コンデンサ駆動用電解液に用
いられる有機溶媒の例としては、アルコール類［１価ア
ルコール（ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、
ベンジルアルコール、アミノアルコールなど）；２価ア
ルコール（エチレングリコール、プロピレングリコー
ル、ジエチレングリコール、ヘキシレングリコール、フ
ェニルグリコールなど）；３価アルコール（グリセリ
ン、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールな
ど）；ヘキシトールなど］、エーテル類［モノエーテル
（エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレン
グリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール
モノエチルエーテル、エチレングリコールモノフェニル
エーテルなど）；ジエーテル（エチレングリコールジメ
チルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、
ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレング
リコールジエチルエーテルなど）など］、アミド類［ホ
ルムアミド類（Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメ
チルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミドな
ど）；アセトアミド類（Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，
Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−エチルアセトアミド、
Ｎ，Ｎ，−ジエチルアセトアミドなど）；プロピオンア
ミド類（Ｎ，Ｎ，−ジメチルプロピオンアミドなど）；
ヘキサメチルホスホリルアミドなど］、オキサゾリジノ
ン類（１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、３−
メチルオキサゾリジン−２−オンなど）、カーボネート
類（プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチル
エチルカーボネートなど）、ジメチルスルホキシド、γ
−ブチロラクトン、およびこれら２種以上の混合物が挙
げられる。

【００２９】これらのうち電解コンデンサに使用する場
合は、電導度が高く熱的にも安定なγ−ブチロラクトン
単独およびγ−ブチロラクトンを含有する混合溶媒が好
ましい。混合溶媒の場合は、γ−ブチロラクトンの含有
量は、溶媒の重量に基づいて５０〜１００％が好まし
い。γ−ブチロラクトンの含有量が５０％未満では電導
度が著しく低下する。

【００３０】本発明の電解コンデンサ駆動用電解液には
必要により水を含有させることもできる。この水の含水
量は電解液の重量に基づいて通常１０％未満である。水
の含有量が１０％以上ではガス発生が大きくなって電解
コンデンサの特性を著しく劣化させる。

【００３１】本発明の電解コンデンサ駆動用電解液は必
要により種々の添加剤を混合してもよい。添加剤として
は、リン系化合物［リン酸，リン酸エステルなど］、ホ
ウ酸系化合物［ホウ酸、ホウ酸と多糖類（マンニット，
ソルビットなど）との錯化合物、ホウ酸と多価アルコー
ル（エチレングリコール，グリセリンなど）との錯化合
物］、ニトロ化合物［ｐ−ニトロ安息香酸，ｍ−ニトロ
安息香酸，ｏ−ニトロ安息香酸，ｐ−ニトロフェノー
ル，ｍ−ニトロフェノール，ｏ−ニトロフェノール］な
どが挙げられる。

【００３２】本発明の電解コンデンサの封口材料として
は、過酸化物加硫ブチルゴム，樹脂加硫ブチルゴム，キ
ノイド加硫ブチルゴム，硫黄加硫ブチルゴム，エチレン
プロピレンゴムなどが挙げられる。この中で好ましいの
は、過酸化物加硫ブチルゴムである。

【００３３】（表１）は本発明の実施の形態１，２およ
び従来例１〜３の電解液の組成を示したものである。
（表２）は本発明の実施の形態１，２および従来例１の
電解液について温度３０℃で電導度を測定した結果を示
したものである。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】（表２）から明らかなように、本発明の実
施の形態１，２の電解液は電子的に共役していない独立
した二つの窒素元素を有するアルキレンジアミンのカル
ボン酸塩から構成されているので、一つの窒素元素から
なるトリアルキルアミン化合物と比較してより多くの正
電荷を帯びることができるため、従来例１の電解液と比
較して高い電導度を示すことがわかる。

【００３７】次に、本発明の実施の形態１，２および従
来例２の電解液を使用して巻取り形のアルミ電解コンデ
ンサ（定格電圧４Ｖ−静電容量２２０μＦ、サイズ；φ
６．３mm×Ｌ５．５mm）を作製した。アルミ引き出しリ
ードには両極共に陽極酸化処理を施し、電解紙にはマニ
ラ繊維紙を用い、封口ゴムには硫黄加硫ブチルゴムを使
用した。このアルミ電解コンデンサに逆電圧−２．０Ｖ
を印加し、温度８５℃、相対湿度８５％の環境下で、２
０００時間の信頼性評価を実施し、試験終了後の電解コ
ンデンサの封口ゴム面の状態を観察した。その結果を
（表３）に示す。

【００３８】

【表３】

【００３９】（表３）から明らかなように、本発明の実
施の形態１，２の電解液を用いたアルミ電解コンデンサ
は、その電解液の電解質の塩基成分に低アルカリのアル
キレンジアミンを用いているため、封口ゴム材質を劣化
させるようなことはなく、その劣化、信頼性の高い電解
コンデンサを構成することができるものである。

【００４０】次に、本発明の実施の形態１，２および従
来例３の電解液を使用して塩基成分の飛散濃度を測定し
た。試験方法は、底面積１５４cm²のガラス製シャーレ
上に電解液５０ｇを整置し、周囲環境を温度３０℃、相
対湿度５０％に保った。整置後５時間後に、液面より垂
直１０cmおよび３０cmの位置で塩基成分の濃度を測定し
た。塩基成分濃度の測定にはガステック社製アミン検知
管を用いた。その測定結果を（表４）に示す。

【００４１】

【表４】

【００４２】（表４）から明らかなように、本発明の実
施の形態１，２の電解液は、従来例３の電解液と比較し
て飛散する塩基成分の濃度が少ないため、電解液臭気は
少ない。また試験時の臭気も従来例３の電解液は腐敗臭
的なものであるが、本発明の実施の形態１，２の電解液
の臭気は腐敗臭等の不快臭ではないため、その臭気は気
にならないレベルとなり耐環境性に優れているものであ
る。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明の電解コンデンサ駆
動用電解液は、有機溶媒に、カルボン酸と（化１０）で
示されるアルキレンジアミンとの塩を電解質として溶解
したもので、この（化１０）で示されるアルキレンジア
ミンは電子的に共役していない独立した二つの窒素元素
を有するため、トリアルキルアミン等の一つの窒素元素
からなるアミン化合物と比較して、より多くの正電荷を
帯びることができ、これにより溶液中でのイオンの電荷
運搬性能が高まるため、高い電導度を得ることができる
ものである。

【００４４】その結果、本発明の電解コンデンサ駆動用
電解液を用いることによりインピーダンスの低い電解コ
ンデンサを構成することができるものである。

【００４５】また、上記（化１０）で示されるアルキレ
ンジアミンは、二つの窒素元素がいずれも三級窒素であ
るため、トリアルキルアミンと同様に、電気分解時に強
アルカリ性物質が発生することはなく、これにより電解
コンデンサの封口ゴム材質を劣化させるようなことはな
くなるため、信頼性の高い電解コンデンサを得ることが
できるものである。

【００４６】そしてまた、（化１０）で示されるアルキ
レンジアミンは、臭気が穏やかであるため、電解コンデ
ンサの開弁時や廃棄時に発生する電解液気化ガスの臭気
は臭くなく、その結果、環境上の問題は少なくなるもの
である。

【００４７】そしてこのような本発明の電解コンデンサ
駆動用電解液を電解コンデンサに用いることにより、
（１）低いインピーダンス（２）高い信頼性（３）耐環
境性の３点を同時に配慮した電解コンデンサを構成する
ことができるものである。

【００４８】

【化１０】

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機溶媒に、カルボン酸と（化１）で示
   されるアルキレンジアミンとの塩を電解質として溶解し
   た電解コンデンサ駆動用電解液。 【化１】
2. 【請求項２】 （化２）で示されるアルキレンジアミン
   がＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン
   である請求項１に記載の電解コンデンサ駆動用電解液。 【化２】
3. 【請求項３】 カルボン酸がｏ−フタル酸、マレイン
   酸、安息香酸、アジピン酸の群より選ばれる１種以上で
   ある請求項１または２に記載の電解コンデンサ駆動用電
   解液。
4. 【請求項４】 電解質の含有量が１０〜５０重量％の範
   囲である請求項１〜３のいずれかに記載の電解コンデン
   サ駆動用電解液。
5. 【請求項５】 有機溶媒がγ−ブチロラクトンを含有す
   る有機溶媒である請求項１〜４のいずれかに記載の電解
   コンデンサ駆動用電解液。
6. 【請求項６】 有機溶媒に、カルボン酸と（化３）で示
   されるアルキレンジアミンとの塩を電解質として溶解し
   た電解コンデンサ駆動用電解液を用いてなる電解コンデ
   ンサ。 【化３】