JPH11233378A

JPH11233378A - 電解コンデンサ用電解液およびそれを用いた電解コンデンサ

Info

Publication number: JPH11233378A
Application number: JP5438298A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tamamitsu; 賢次玉光
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】高温寿命特性が良好で、さらに、低温特性が
良好なアルミニウム電解コンデンサを提供する。【解決手段】溶媒としてスルホラン、３─メチルスル
ホラン、２，４−ジメチルスルホランの３種から選ばれ
る２種以上と、γ─ブチロラクトンの混合溶媒を用いた
ため、高温寿命特性が良好で、さらに、低温特性も良好
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電解コンデンサ用
電解液、特に高温寿命特性及び、低温特性の良好な電解
コンデンサ用電解液、およびそれを用いた電解コンデン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】電解コンデンサは、一般的には、帯状の
高純度のアルミニウム等の弁金属の箔に、化学的あるい
は電気化学的にエッチング処理を施して、箔表面を拡大
させるとともに、この箔をホウ酸アンモニウム水溶液等
の化成液中にて化成処理して表面に酸化皮膜層を形成さ
せた陽極電極箔と、エッチング処理のみを施した高純度
の箔からなる陰極電極箔とを、マニラ紙等からなるセパ
レータを介して巻回してコンデンサ素子を形成する。そ
して、このコンデンサ素子は電解コンデンサ駆動用の電
解液を含浸した後、有底筒状の外装ケースに収納する。
外装ケースの開口部には弾性ゴムからなる封口体を装着
し、絞り加工により外装ケースを密封している。

【０００３】陽極電極箔、陰極電極箔には、それぞれ両
極の電極を外部に引き出すための電極引出し手段である
リード線がステッチ、超音波溶接等の手段により接続さ
れている。それぞれの電極引出し手段であるリード線
は、丸棒部と、両極電極箔に当接する接続部と、さらに
丸棒部の先端に溶接等の手段で固着された半田付け可能
な金属からなる外部接続部とからなる。

【０００４】コンデンサ素子に含浸される電解コンデン
サ駆動用の電解液には、使用される電解コンデンサの性
能によって種々のものがあり、その中で、低圧用の、特
に高温長寿命特性を有する電解液として、エチレングリ
コールにアジピン酸を溶解したものが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
車載分野において、自動車性能の高機能化に伴い、高温
となるエンジンルーム内での電子部品の使用の要求が高
まっているが、前記電解液を用いた電解コンデンサで
も、この高温使用に耐えることができなかった。また、
低温特性も、最低使用温度は−２５℃使用が限界であ
り、−４０℃使用が要求される車載用途として使用に耐
えることができず、この分野で使用可能な電解コンデン
サ用電解液は実現されていなかった。

【０００６】また、従来から良好な高温特性が得られ
る、高沸点の溶媒として、スルホラン（特開平１−１２
４２１０号公報、特開平８−３１６９９号公報）が知ら
れているが、上記の所望の特性を得ることができなかっ
たため、良好な高温特性と、低温特性の両者が要求され
る車載用途に用いることはできなかった。

【０００７】そこで、この発明の目的は、高温寿命特性
が良好で、さらに、低温特性も良好な電解コンデンサ、
およびこの電解コンデンサに用いる電解液を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の電解コンデン
サ用電解液は、溶媒として、スルホラン、３─メチルス
ルホラン、２，４−ジメチルスルホランの３種から選ば
れる２種以上と、γ─ブチロラクトンの混合溶媒を用い
たことを特徴としている。

【０００９】また、本発明の電解コンデンサは、スルホ
ラン、３─メチルスルホラン、２，４−ジメチルスルホ
ランの３種から選ばれる２種以上と、γ─ブチロラクト
ンの混合溶媒を溶媒とした電解液を用いることを特徴と
している。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のアルミニウム電解コンデ
ンサの構造は図１、図２に示すように、従来と同じ構造
をとっている。コンデンサ素子１は陽極電極箔２と陰極
電極箔３をセパレータ１１を介して巻回して形成する。
また図２に示すように陽極電極箔２、陰極電極箔３には
陽極引出し用のリード線４、陰極引出し用のリード線５
がそれぞれ接続されている。これらのリード線４、５
は、電極箔に当接する接続部７とこの接続部７と一体に
形成した丸棒部６、および丸棒部６の先端に固着した外
部接続部８からなる。また、接続部７および丸棒部６は
高純度のアルミニウム、外部接続部８ははんだメッキを
施した銅メッキ鉄鋼線からなる。このリード線４、５
は、接続部７においてそれぞれステッチや超音波溶接等
の手段により両極電極箔２、３に電気的に接続されてい
る。

【００１１】陽極電極箔２は、純度９９％以上のアルミ
ニウム箔を酸性溶液中で化学的あるいは電気化学的にエ
ッチングして拡面処理した後、ホウ酸アンモニウム、リ
ン酸アンモニウムあるいはアジピン酸アンモニウム等の
水溶液中で化成処理を行い、その表面に陽極酸化皮膜層
を形成したものを用いる。

【００１２】前記のように構成したコンデンサ素子１
に、アルミニウム電解コンデンサの駆動用の電解液を含
浸する。

【００１３】以上のような電解液を含浸したコンデンサ
素子１を、有底筒状のアルミニウムよりなる外装ケース
１０に収納し、外装ケース１０の開口部に封口体９を装
着するとともに、外装ケース１０の端部に絞り加工を施
して外装ケース１０を密封する。封口体９は例えばブチ
ルゴム等の弾性ゴムからなり、リード線４、５をそれぞ
れ導出する貫通孔を備えている。

【００１４】本発明においては、この電解液の溶媒とし
てスルホラン、３─メチルスルホラン、２，４−ジメチ
ルスルホランの３種から選ばれる２種以上と、γ─ブチ
ロラクトンの混合溶媒を用いる。また、他の溶媒との混
合溶媒としても用いることができる。

【００１５】混合する溶媒としては、プロトン性の有機
極性溶媒として、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。ま
た、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（δ−バレロラクトン、γ−バレロラ
クトン等）、環状アミド系（Ｎ─メチル─２─ピロリド
ン、エチレンカーボネイト、プロピレンカーボネイト、
イソブチレンカーボネイト等）、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）、
２−イミダゾリジノン系〔１，３−ジアルキル−２−イ
ミダゾリジノン（１，３−ジメチル−２−イミダゾリジ
ノン、１，３−ジエチル−２−イミダゾリジノン、１，
３−ジ（ｎ−プロピル）−２−イミダゾリジノン等）、
１，３，４−トリアルキル−２−イミダゾリジノン
（１，３，４−トリメチル−２−イミダゾリジノン
等）〕などが代表として挙げられる。

【００１６】電解液に含まれる溶質としては、通常電解
コンデンサ駆動用電解液に用いられる、酸の共役塩基を
アニオン成分とする、アンモニウム塩、アミン塩、四級
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一級アミ
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）、二級アミン（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）、三級アミン
（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
四級アンモニウム塩を構成する第四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−５（４）−アミノ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−５等）等である。

【００１７】アニオン成分としては、フタル酸、イソフ
タル酸、テレフタル酸、マレイン酸、安息香酸、トルイ
ル酸、エナント酸、マロン酸等のカルボン酸、フェノー
ル類、ほう酸、りん酸、炭酸、けい酸等の酸の共役塩基
が例示される。

【００１８】さらに、本発明の電解コンデンサ用電解液
に、ほう酸系化合物、例えばほう酸、ほう酸と多糖類
（マンニット、ソルビットなど）との錯化合物、ほう酸
と多価アルコール（エチレングリコール、グリセリンな
ど）との錯化合物等、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、耐電圧の向上をはかることが
できる。

【００１９】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、（ｐ−ニトロ安
息香酸、ｐ−ニトロフェノールなど）、リン系化合物
（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。

【００２０】以上のような本発明の電解液を用いたアル
ミニウム電解コンデンサは、高温寿命特性が良好で、さ
らに、低温特性も良好である。

【００２１】また、前記の電解液において、γ─ブチロ
ラクトンの混合溶媒中の含有率が、２０重量％以下の場
合は、高温寿命特性がさらに良好である。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２３】（表１）〜 (表３) は、本発明の各実施例
の電解コンデンサ用電解液の組成、及び３０℃と−４０
℃の比抵抗を示したものである。

【００２４】

【表１】＊ SL ：スルホラン 3-MSL ：３−メチルスルホラン GBL ：γ─ブチロラクトン EDMIP ：フタル酸１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリニウム TMAP ：フタル酸テトラメチルアンモニウム GBL の欄の( ) ：γ─ブチロラクトンの混合溶媒中の重量％

【００２５】

【表２】＊ 2,4-DMSL：２，４−ジメチルスルホラン

【００２６】

【表３】

【００２７】また、実施例１０として、実施例４、１０
０部に、ｐ−ニトロ安息香酸、１部、りん酸、０．３部
添加したものの比抵抗を測定したところ、３０℃で２４
６Ω−ｃｍ、−４０℃では９．６ｋΩ−ｃｍであった。
また、実施例２０として、実施例１４、１００部に、ｐ
−ニトロ安息香酸、１部、りん酸、０．３部添加したも
のの比抵抗を測定したところ、３０℃で２６８Ω−ｃ
ｍ、−４０℃では９．２ｋΩ−ｃｍであった。また、実
施例３０として、実施例２４、１００部に、ｐ−ニトロ
安息香酸、１部、りん酸、０．３部添加したものの比抵
抗を測定したところ、３０℃で２８２Ω−ｃｍ、−４０
℃では８．５ｋΩ−ｃｍであった。

【００２８】従来例として、エチレングリコール、８７
重量％に、アジピン酸アンモニウム、１３重量％を溶解
したものの比抵抗を測定したところ、３０℃で３２０Ω
−ｃｍ、−４０℃では凝固した。

【００２９】（表１）〜（表３）から明らかなように、
本発明の実施例１〜３０の３０℃及び−４０℃の比抵抗
は、良好である。特に、−４０℃においても低比抵抗を
保っており、−４０℃使用が可能であることがわかる。
これに対して、従来例においては、−４０℃では凝固し
ており、−４０℃で使用することはできない。ここで、
従来例の−２５℃の比抵抗は、９ｋΩ−ｃｍであった。
なお、スルホラン、３−メチルスルホラン、２，４−ジ
メチルスルホランを単独で用いた比較例１〜３は、−２
５℃でも凝固し、電解コンデンサ用電解液の溶媒として
は用いることができない。

【００３０】次に、高温寿命特性を評価するために、実
施例２、４、８、１２、１４、１８、２２、２４、２８
の電解液、従来例の電解液を用いてアルミニウム電解コ
ンデンサを作成した。ここで使用したアルミニウム電解
コンデンサの定格は、１６Ｖ−４７μＦ、ケースサイズ
はφ６．３ｍｍ×５ｍｍである。そして、これらの電解
コンデンサの、各試料２５個に１２５℃の下で定格電圧
を印加し、２０００時間、４０００時間経過後の静電容
量の変化率（ΔＣ）、損失角の正接（ｔａｎδ）の測定
を行った。結果を（表４）に示す。

【００３１】

【表４】＊Ｃａｐ（μＦ）、ΔＣ（％）、ＬＣ（μＡ）

【００３２】（表４）から明らかなように、実施例の電
解コンデンサの高温寿命特性は、従来例よりも、良好で
あり、初期のｔａｎδも低く保たれており、１２５℃、
４０００時間保証が可能となっている。特に、γ─ブチ
ロラクトンが２０重量％以下である実施例２、４、１
２、１４、２２、２４は、４０００時間後も良好な特性
を維持している。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、この発明の電解コンデン
サ用電解液は、溶媒としてスルホラン、３─メチルスル
ホラン、２，４−ジメチルスルホランの３種から選ばれ
る２種以上と、γ─ブチロラクトンの混合溶媒を用いた
ものである。

【００３４】この電解液を用いた電解コンデンサは、高
温寿命特性が良好で、さらに、低温特性も良好である。

【００３５】また、前記電解液において、混合溶媒中の
γ─ブチロラクトンを溶媒全体の２０重量％以下とする
ことによって、さらに、良好な高温寿命特性を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】アルミニウム電解コンデンサの構造を示す内部
断面図である。

【図２】コンデンサ素子の構造を示す分解斜視図であ
る。

【符号の説明】

１コンデンサ素子２陽極電極箔３陰極電極箔４陽極引出し用のリード線５陰極引出し用のリード線６丸棒部７接続部８外部接続部９封口体１０外装ケース１１セパレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶媒として、スルホラン、３─メチルス
ルホラン、２，４−ジメチルスルホランの３種から選ば
れる２種以上と、γ─ブチロラクトンの混合溶媒を用い
た、電解コンデンサ用電解液。
【請求項２】溶媒として、スルホラン、３─メチルス
ルホラン、２，４−ジメチルスルホランの３種から選ば
れる２種以上と、γ─ブチロラクトンの混合溶媒を用い
てなる、電解コンデンサ用電解液を用いた電解コンデン
サ。
【請求項３】 γ─ブチロラクトンの含有率が、溶媒中
の２０重量％以下である請求項１記載の電解コンデンサ
用電解液。
【請求項４】 γ─ブチロラクトンの含有率が、溶媒中
の２０重量％以下である請求項２記載の電解コンデン
サ。