JPH10321478A

JPH10321478A - 電解コンデンサ用電解液

Info

Publication number: JPH10321478A
Application number: JP9144744A
Authority: JP
Inventors: Takahito Ito; 隆人伊藤; Makoto Shimizu; 誠清水; Minoru Wada; 穣和田; Masao Takagi; 正夫高木
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 1998-12-04
Anticipated expiration: 2017-05-19
Also published as: JP4019230B2

Abstract

(57)【要約】【課題】火花電圧および電導度が高く、かつ高温での
安定性のある中高圧用の電解液を提供する。【解決手段】有機極性溶媒を主体とする溶媒中に、
（化１）で示される総炭素数１０〜１７の脂肪族飽和ジ
カルボン酸化合物またはその塩を溶解して電解コンデン
サ用電解液を得る。（化１）に示す化合物を電解液の溶
質に用いることによって、電解液の火花電圧が向上す
る。さらに、この化合物は特定の位置に側鎖としてアル
キル基を有するため、溶媒への溶解性が高く、電解液の
溶質濃度を高めて、高い火花電圧を維持したまま、高電
導性を得ることができる。【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、電解コンデンサ用
電解液に関し、更に詳しくは中高圧用の電解液に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】電解コンデンサ用電解液は、アルミニウ
ムまたはタンタルなどの表面に絶縁性の酸化皮膜が形成
された弁金属を陽極電極に使用し、前記酸化皮膜層を誘
電体とし、この酸化皮膜層の表面に電解質層となる電解
液を接触させ、さらに通常陰極と称する集電用の電極を
配置して構成されている。

【０００３】電解コンデンサ用電解液は、上述のように
誘電体層に直接に接触し、真の陰極として作用する。即
ち、電解液は電解コンデンサの誘電体と集電陰極との間
に介在して、電解液の抵抗分が電解コンデンサに直列に
挿入されていることになる。故に、その電解液の特性が
電解コンデンサ特性を左右する大きな要因となる。

【０００４】電解コンデンサの従来技術においては、中
高圧用の電解液として、火花電圧が比較的高く得られる
ことから、エチレングリコールからなる溶媒にほう酸ま
たはほう酸アンモニウムを溶質として溶解した電解液が
用いられていた。しかしながら、このような電解液にお
いては、電導率が低く、さらにエチレングリコールとほ
う酸のエステル化により多量の水が生成するため、１０
０℃以上では水の蒸発によって内圧が上昇し、また電極
であるアルミニウムと反応しやすくなるという問題も発
生し、高温での使用に適さなかった。

【０００５】このような欠点を解決するために、セバシ
ン酸、やアゼライン酸等の有機ジカルボン酸が用いられ
ることもあるが、これらは溶解性が低いため、低温にお
いて結晶が析出しやすくコンデンサの低温特性を劣化さ
せるという欠点を免れ得なかった。さらに、特公昭６０
−１３２９６号公報に示されているようにブチルオクタ
ン二酸を溶質として用いる例や特公昭６３−１５７３８
号公報に示されているように５，６−デカンジカルボン
酸を溶質として用いた例がある。これらの二塩基酸ある
いはその塩を用いた電解液では、火花電圧および電導度
が高く、しかもエステル化が非常に遅く水の生成が少な
いので高温での安定性を得ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
中高圧用電解コンデンサが使用されるインバーターの動
作速度の高周波化などが進み、さらに火花電圧および電
導度が高く、かつ高温での安定性のある、信頼性の高い
電解液が求められている。

【０００７】本発明は、分子数の大きい脂肪族飽和ジカ
ルボン酸を用いれば火花電圧が高くなることに着目し、
特定の脂肪族飽和ジカルボン酸を電解質に用いれば、火
花電圧および電導度が高く、かつ高温で安定な電解液が
得られるということを見出したもので、火花電圧および
電導度が高く、かつ高温での安定性のある中高圧用の電
解液を提供することをその目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の電解コンデンサ用電解液は、有機極性溶媒を
主体とする溶媒中に、一般式：

【０００９】

【化２】（式中、Ｒは炭素数１〜８のアルキル基である。）で示
される総炭素数１０〜１７の脂肪族飽和ジカルボン酸化
合物またはその塩を溶解することを、特徴とする。さら
に、脂肪族飽和ジカルボン酸化合物（化２）のＲのアル
キル基が炭素数３以上のアルキル基であることを特徴と
する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の、脂肪族飽和ジカルボン
酸の例としては、１，１，３，４−テトラメチル−１，
４−ブタンジカルボン酸、１，１，３−トリメチル−４
−エチル−１，４−ブタンジカルボン酸、１，１，３
−トリメチル−４−プロピル−１，４−ブタンジカルボ
ン酸、１，１，３−トリメチル−４−ブチル−１，４−
ブタンジカルボン酸、１，１，３−トリメチル−４−ペ
ンチル−１，４−ブタンジカルボン酸、１，１，３−ト
リメチル−４−ヘキシル−１，４−ブタンジカルボン
酸、１，１，３−トリメチル−４−ヘプチル−１，４−
ブタンジカルボン酸、１，１，３−トリメチル−４−オ
クチル−１，４−ブタンジカルボン酸、が挙げられる。

【００１１】一般に、電解コンデンサの電解液に用いら
れる有機カルボン酸の総炭素数が大きくなると、一定の
濃度に対しては火花電圧は大きくなるが、それにともな
って電導度は小さくなる。さらに、溶解性も小さくなる
ので、濃度を高めて電導度を高めるということができな
くなる。

【００１２】しかしながら、本願発明の（化２）で示さ
れる脂肪族飽和ジカルボン酸は、（化２）に示す位置に
側鎖としてアルキル基を有している。そのことによっ
て、溶解性が向上するので、濃度を高めることによって
高電導性が得ることができ、さらにその際に火花電圧が
低下することがない。また、濃度を高めることによって
耐塩素性も向上する。

【００１３】また、このようなカルボキシル基を有する
有機酸においては、エチレングリコール等の水酸基を有
する溶媒を用いた場合に、通常高温保存中にカルボキシ
ル基と水酸基によるエステル化反応が進行し、電導度が
低下するという現象がある。

【００１４】しかしながら、本発明の（化２）に示す脂
肪族飽和ジカルボン酸においては、一方のカルボキシル
基に結合している炭素原子にメチル基が２つ結合してお
り、加えて、他方のカルボキシル基に結合している炭素
原子にはアルキル基Ｒが結合しているので、これらのメ
チル基およびアルキル基の立体障害によってカルボキシ
ル基と水酸基との反応性が低減する。このことによっ
て、エチレングリコール等の水酸基を有する溶媒を用い
た場合にも、カルボキシル基と水酸基によるエステル化
反応がおこりにくくなり、高温保存中の電導度の低下を
抑制することができる。したがって、この電解液を用い
た電解コンデンサにおいては、高温保存後のｔａｎδの
上昇を抑制することができる。

【００１５】この際に、アルキル基が結合している炭素
原子には、水素原子が結合しているので、カルボキシル
基の解離度が低減せず、高電導度を保つことができる。
ここで、この水素原子がアルキル基である場合には、電
導度が低下してしまう。また、アルキル基が水素原子で
あるトリメチルアジピン酸の場合は、火花電圧が低く、
さらに、高温保存後のｔａｎδの上昇を抑制する効果が
少ない。以上のように、本願発明の（化２）に示す脂肪
族飽和カルボン酸においては、前述したような分子構造
が作用して、高電導度が維持されたまま、高温保存中の
電導度の低下の抑制がなされているものと推測される。

【００１６】また、Ｒのアルキル基が炭素数３以上のア
ルキル基の場合は、さらに高温保存後のｔａｎδの上昇
を抑制することができる。これは、このアルキル基が、
カルボキシル基の解離度を維持したまま、カルボキシル
基と水酸基によるエステル化反応を抑制していることに
よるものと思われる。

【００１７】本発明の脂肪族飽和ジカルボン酸の総炭素
数は１０〜１７である。本発明の脂肪族飽和ジカルボン
酸においては、総炭素数が１０より小さいと火花電圧が
低下する傾向があり、総炭素数が１７を越えると濃度を
高めても電導度がそれほど高くならない。

【００１８】本発明の脂肪族飽和ジカルボン酸塩として
は、脂肪族飽和ジカルボン酸のアンモニウム塩、アミン
塩、４級アンモニウム塩および環状アミジン化合物の四
級塩が挙げられる。アミン塩を構成するアミンとしては
１級アミン（メチルアミン、エチルアミン、プロピルア
ミン、ブチルアミン、エチレンジアミン等）、２級アミ
ン（ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミ
ン、メチルエチルアミン、ジフェニルアミン等）、３級
アミン（トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプ
ロピルアミン、トリフェニルアミン、１，８−ジアザビ
シクロ（５，４，０）−ウンデセン−７等）が挙げられ
る。第４級アンモニウム塩を構成する第４級アンモニウ
ムとしてはテトラアルキルアンモニウム（テトラメチル
アンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロ
ピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、メチル
トリエチルアンモニウム、ジメチルジエチルアンモニウ
ム等）、ピリジウム（１−メチルピリジウム、１−エチ
ルピリジウム、１，３−ジエチルピリジウム等）が挙げ
られる。また、環状アミジン化合物の四級塩を構成する
カチオンとしては、以下の化合物を四級化したカチオン
が挙げられる。すなわち、イミダゾール単環化合物（１
−メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾー
ル、１，４−ジメチル−２−エチルイミダゾール、１−
フェニルイミダゾール等のイミダゾール同族体、１−メ
チル−２−オキシメチルイミダゾール、１−メチル−２
−オキシエチルイミダゾール等のオキシアルキル誘導
体、１−メチル−４（５）−ニトロイミダゾール、１，
２−ジメチル−４（５）−ニトロイミダゾール等のニト
ロおよびアミノ誘導体）、ベンゾイミダゾール（１−メ
チルベンゾイミダゾール、１−メチル−２−ベンジルベ
ンゾイミダゾール等）、２−イミダゾリン環を有する化
合物（１−メチルイミダゾリン、１，２−ジメチルイミ
ダゾリン、１，２，４−トリメチルイミダゾリン、１，
４−ジメチル−２−エチルイミダゾリン、１−メチル−
２−フェニルイミダゾリン等）、テトラヒドロピリミジ
ン環を有する化合物（１−メチル−１，４，５，６−テ
トラヒドロピリミジン、１，２−ジメチル−１，４，
５，６−テトラヒドロピリミジン、１，８−ジアザビシ
クロ〔５．４．０〕ウンデセン−７、１，５−ジアザビ
シクロ〔４．３．０〕ノネン等）等である。これらのう
ちで好ましいものはアンモニウム塩である。

【００１９】有機極性溶媒はプロトン性極性溶媒のグリ
コール類を主として組み合わせた溶媒が一般的である
が、非プロトン性極性溶媒も用いることができる。プロ
トン性の有機極性溶媒としては、一価アルコール類（エ
タノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、
ヘキサノール、シクロブタノール、シクロペンタノー
ル、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等）、多
価アルコール類およびオキシアルコール化合物類（エチ
レングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、
メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メトキシプロピ
レングリコール、ジメトキシプロパノール等）などが挙
げられる。非プロトン性の有機極性溶媒としては、アミ
ド系（Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホル
ムアミド、Ｎ−エチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル
ホルムアミド、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、ヘキサメチルホスホリックアミ
ド等）、ラクトン類、環状アミド系（γ−ブチロラクト
ン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、エチレンカルボネイ
ト、プロピレン−カルボネート、イソブチレンカルボネ
ート、イソブチレンカルボネート等）、ニトリル系（ア
セトニトリル等）、オキシド系（ジメチルスルホキシド
等）などが代表として挙げられる。

【００２０】本発明の電解コンデンサ用電解コンデンサ
における（化１）で示される脂肪族飽和ジカルボン酸の
含有量は、電解液の重量に基づいて通常０．１〜３０重
量％、好ましくは３〜２０％である。３％未満では、電
導度が低下し、２０％をこえると、火花電圧が低下す
る。

【００２１】さらに、本発明の電解コンデンサ用電解液
に、ほう酸、マンニット、ノニオン性界面活性剤、コロ
イダルシリカ等を添加することによって、その効果の向
上をはかることができる。

【００２２】また、漏れ電流の低減や水素ガス吸収等の
目的で種々の添加剤を添加することができる。添加剤と
しては、例えば、芳香族ニトロ化合物、リン酸、亜リン
酸、ポリリン酸、酸性リン酸エステル化合物、オキシカ
ルボン酸化合物等を挙げることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２４】（表１）、（表２）は、本発明例の各実施
例の電解コンデンサ用電解液の組成と、火花電圧および
電導度を、（表３）は比較例の電解コンデンサ用電解液
の組成と、火花電圧および電導度を示したものである。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】（表１）〜（表３）から明らかなように、
実施例１〜１１では比較例１〜４に比べて、火花電圧が
高く維持され、かつ、電導度の高いものが得られてい
る。

【００２９】（表４）、（表５）は、（表１）〜（表
３）で示した電解コンデンサ用電解液を用いたアルミニ
ウム電解コンデンサをそれぞれ２０個ずつ用意し、これ
らのアルミニウム電解コンデンサについて寿命試験を行
った結果を示したものである。ここで使用したアルミニ
ウム電解コンデンサの定格は、（表４）の場合は、４５
０ＷＶ２２０μＦであり、（表５）の場合は、４００Ｗ
Ｖ２２０μＦである。それぞれ、４５０Ｖ、４００Ｖ印
加した条件で、１０５℃、１０００時間、保存処理し
た。

【００３０】

【表４】

【００３１】

【表５】

【００３２】（表４）、（表５）から明らかなように、
本発明の実施例１〜１１の電解液を使用したアルミニウ
ム電解コンデンサは、初期のｔａｎδ、保存処理後の静
電容量変化、ｔａｎδ変化のいずれも小さい。

【００３３】また、Ｒのアルキル基の炭素数が３以上で
ある実施例３〜５、及び８〜１１は、Ｒの炭素数が１、
２である実施例１、２、及び６、７に比べて、保存処理
後のｔａｎδはさらに安定している。

【００３４】このように、本発明の実施例１〜１１を用
いたアルミニウム電解コンデンサは、初期のｔａｎδが
小さく、寿命特性に優れた信頼性の高いアルミニウム電
解コンデンサである。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明の電解コンデンサ用
電解液は、有機極性溶媒を主体とする溶媒中に、（化
２）で示され、（化２）のＲは炭素数１〜８のアルキル
基である、総炭素数１０〜１７の脂肪族飽和ジカルボン
酸化合物またはその塩を溶質として溶解したものであ
る。

【００３６】この脂肪族飽和ジカルボン酸は（化２）に
示す位置に側鎖としてアルキル基を有している。そのこ
とによって、溶解性が向上するので、濃度を高めること
によって高電導性が得ることができ、さらにその際に火
花電圧が低下することがない。したがって、火花電圧お
よび電導度を高く維持することができる。

【００３７】また、（化２）に示す脂肪族飽和ジカルボ
ン酸においては、一方のカルボキシル基に結合している
炭素原子にメチル基が２つ結合しており、加えて、もう
一方のカルボキシル基に結合している炭素原子にはアル
キル基Ｒが結合しているので、これらのメチル基および
アルキル基の立体障害によってカルボキシル基と水酸基
との反応性が低減する。このことによって、エチレング
リコール等の水酸基を有する溶媒を用いた場合にも、カ
ルボキシル基と水酸基によるエステル化反応がおこりに
くくなり、高温保存中の電導度の低下を抑制することが
できる。したがって、この電解液を用いた電解コンデン
サにおいては、高温保存後のｔａｎδの上昇を抑制する
ことができ、高温での安定性が得られる。

【００３８】この際に、アルキル基が結合している炭素
原子には、水素原子が結合しているので、カルボキシル
基の解離度が維持され、高電導度を保つことができる。

【００３９】また、Ｒのアルキル基が炭素数３以上のア
ルキル基の場合は、カルボキシル基の解離度を維持した
まま、カルボキシル基と水酸基によるエステル化反応を
さらに抑制して、高温保存後のｔａｎδの上昇を抑制す
ることができる。

【００４０】したがって、本発明の電解液を用いること
によって、ｔａｎδが低く、信頼性の高い中高圧用電解
コンデンサを得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高木正夫東京都新宿区西新宿４丁目１番地の10 日本アドテック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機極性溶媒を主体とする溶媒中に、一般
式：【化１】（式中、Ｒは炭素数１〜８のアルキル基である。）で示
される総炭素数１０〜１７の脂肪族飽和ジカルボン酸化
合物またはその塩を溶解した電解コンデンサ用電解液。
【請求項２】脂肪族飽和ジカルボン酸化合物（化１）の
Ｒのアルキル基が炭素数３以上のアルキル基である、請
求項１記載の電解コンデンサ用電解液。