JPS6038860B2 - 電解コンデンサ駆動用電解液 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電解コンデンサ駆動用電解液（以下単に電解液
と称す）に関するもので、特に高温度において優れた特
性を有する中高圧電解コンデンサ用の電解液を得ること
にある。

近年電解コンデンサの性能改善には目覚ましいものがあ
り、特に最高使用度は従来の８５００あるいは１０５０
０から、最近では１３０００ないし１５０ｑｏまで使用
可能なものが市頒されるようになった。

しかし一般に最高使用温度１３０００−１５０ｑ○の電
解コンデンサは、使用電圧が１００Ｖ以下のいわゆる低
圧品に限られ、１００Ｖを越える中高圧品の現在の最高
使用温度は約１００００が限度である。

現在の中高圧用電解コンデンサには、エチレングリコー
ルを主体とした溶媒に棚酸もしくはそのアンモニウム塩
を溶解したエチレングリコール−棚酸系の電解液が用い
られている。このような電解液は、その構成材料中に本
来含まれている水分の他にエチレングリコールと棚酸と
のェステル化反応により生ずる比較的多量の水を含有す
るのが常である。これら電解液中の水分は、化成電圧の
増大などに寄与する反面、電解液の陽極電極表面上の譲
露体酸化皮膜を劣化させ、長期間の安定した特性維持が
極めて困難である。

しかも比較的多量の水は、高温下で多量の水蒸気を発生
させ、電解コンデンサの内部の圧力を著しく増大させる
ので、１００００を越えるような高温度下での使用は、
防嬢弁の膨らみ等の製品の外観変形を引き起こし、電解
コンデンサを使用不能に至らしめることは広く知られて
いる事実である。本願はかかる問題点を除去するため、
エチレングリコール中に安息香酸アンモニウム、棚酸お
よびマンニツトをそれぞれ加えて溶解させることにより
、電解液の含水量を充分に低く抑え、しかも極めて良好
な皮膜形成能すなわち化成特性を具備せしめることによ
って、電解コンデンサの高温寿命特性を著しく改善せし
めた中高圧電解コンデンサ用電解液を提供するものであ
る。

従釆からエチレングリコールを主溶媒として、これに安
息香酸もしくはそのアンモニウム塩を単独で溶解した非
水電解液は、例えば侍公昭５２−８５０１号公報などに
みられる如く、すでに公知である。

このようなエチレングリコールー安息香酸系非水電解液
においては、安息香酸の溶解可能な範囲内（約１一１７
Ｍ％）における化成特性は、第１図に示すごとく、ほぼ
１６０一５０Ｖの範囲に限られ、従って実用上定格電圧
１００Ｖ以下のいわゆる低圧品にしか適用できない。と
ころが、この電解液に水を添加すれば、化成特性を著し
く改善することが可能である。

すなわち、エチレングリコール−安息香酸アンモニウム
（１仇れ％）の電解液に順次水を添加し、それに伴う化
成特性の変化を調べたところ、第２図に示すごとく含水
量０．５ｗｔ％で９０Ｖの化成特性を示すのに対し、含
水量２．肌ｔ％にすると実に３００Ｖの化成特性を示す
ことになる。この結果からも明らかなように、水を１一
５ｗｔ％添加することにより化成特性を著しく改善させ
、中高圧領域まで使用電圧を拡大することができる。

しかしその一方、このような電解液は最高使用温度はた
かだか１００００に限られ、より高温の領域では添加し
た水が著しく寿命特性を阻害するために、本発明の目的
とする１３０−１５０００の高温領域では全く使用不可
能である。

本発明者は、エチレングリコール中に安息香酸アンモニ
ウム、棚酸およびマンニットをある重量比率で溶解させ
ることにより、本発明の目的に合致した電解液が得られ
ることを見出したもので、以下に本発明の内容を詳述す
る。

まず、本発明の具体的実施例（本発明の実験例１なし、
し３）ならびに本発明との比較のために、従来から中高
圧用として多用されているエチレングリコール−棚酸系
電解液（従来例１）およびエチレングリコール−安息香
酸アンモニウム−水系の電解液（従来例２）の組成と電
解液の特性を示す。

本発明の実験例 １ （組 成） エチレングリコール ９１．０夕安
息香酸アンモニウム ３．２タ棚酸
２．３夕マンニツ
ト ３．５夕（特
性）比抵抗 ９５００・弧／３
００ＣｐＨ
５．４含水量
約２．８Ｗｔ％化成特性 ３６
０Ｖ（７０００）本発明の実験例 ２（組 成） エチレングリコール ８７．５夕安
息香酸アンモニウム ６．０タ棚酸
２．６夕マンニツ
ト ３．９夕（特 性
）比抵抗 ６０００・抑／３０
０ｏｐＨ
５．５含水量
約２．８Ｗｔ％化成特性 ３
４０Ｖ（７０００）本発明の実験例 ３（組 成） エチレングリコール ８１．５夕安息
香酸アンモニウム ８．２タ棚酸
４．１夕マンニツ
ト ６．２夕（特
性）比抵抗 ５２００・抑／３
０ｑＣｐＨ
５．５含水量
約３‐９Ｗｔ％化成特性
３００Ｖ（７０００）従釆例 １（組 成） エチレングリコール ６７．０タ
棚酸 １６．５夕棚酸
アンモニウム １６．５夕（特
性）比抵抗 １００００・奴
／３００ＣＰＨ
４．０含水量
約２６Ｗｔ％化成特性
４００Ｖ（７び０）従来例 ２（組 成） エチレングリコール ８７．０夕安
息香酸アンモニウム １２．１タ水
２．９夕（特 性
）比抵抗 ３０００・肌／３０
ｑＯＰＨ
７．０含水量
約２．８ｗｔ％化成特性 ３
４０Ｖ（７０ｑｏ）次にこれら電解液を用いて製作した
電解コンデンサの特性比較を示す。

特性比較に用いた電解コンデンサは、エッチング処理を
施したアルミニウム箔表面に側酸系の化成専用液を用い
てあらかじめ４５０Ｖの電圧で誘電体酸化皮膜を形成し
たものを陽極側電極に用い、これに陰極側アルミニウム
箔を対向配置し、これら両電極箔間にセパレータ紙を介
在させた上で巻回したコンデンサ素子に前＊記の各々の
電解液を含浸し、金属ケースに収納し、ケース関口端を
弾性封口体で封じたもので、定格電圧が２００Ｖ、静電
容量が３３仏Ｆである。第１表はこれら電解コンデンサ
の初期値ならびに高温寿命負荷（１５０ＣＣ、定格電圧
印加、１０００時間）後の電気特性をあらわしている。
第１表 ※１：２５０時間以内Ｋ全数防嬢 ・口。

※２：全数防嬢弁作動、封□部飛び出し、この寿命試験
結果から明らかなように、本発明の電解液を用いた電解
コンデソサは、１００餌時間経過後も初期の特性との間
に変化がなく、安定した特性を示すことが認められる。

これに対し、従来例の電解液を用いた電解コンデンサは
、内圧上昇による封□部材の飛び出し、防像弁の作動、
電解液の漏出等の外観不良が全数発生した。

本発明の電解液と従来例２の電解液とを比較した場合、
含水量および化成特性（７０００）に大差はないにもか
かわらず、高温負荷寿命試験後の結果には歴然たる差が
生じている。

そこでこの理由を解明するために、両者の高温時におけ
る化成特性および高温放置後の電解液の特性について調
べた。第３図は電解液の化成特性について調べたもので
、電解液液中にアルミニウム電極を浸潰して電圧を印加
し、アルミニウム電極の電圧上昇（化成特性）をみたも
のである。同図ａは７０００における化成特性で、従来
例２と本発明例２とはほぼ同一のカーブを描き、電解液
の耐圧を示す火花電圧は３４０Ｖであり両者に差はない
。

ところが同図ｂのごとく１５０００の高温下での化成特
性においては、両者に大きな差が生ずる。第２表は高温
下に長時間（１３０ｏＣＩＯＯＯ時間）放置した電解液
の比抵抗および化成特性について調べたものである。第
２表 この結果から明らかなように、本発明の電解液は高温放
置後においても特性の劣化が極めて少なく安定している
。

これに対し、従来例のものは劣化が激しく、特に化成特
性の劣化が大きい。このように、従来の電解液と本発明
の電解液とを比較した場合、低い温度での化成特性ある
いは初期の特性については大差はないが、高温下での化
成特性あるいは高温放置後の特性については明らかな差
が認められた。この理由は定かではないが、本発明に用
いられる棚酸及びマンニットが高温化成特性ならびに寿
命安定性の向上に大きく寄与しているものと考えられる
。次に本発明に用いられる溶質の好ましい溶解量につい
て考察する。

本発明の目的に合致するためには、■溶質が低温度で析
出しないこと。

■低損失であるために蟹解液自体の比抵抗が１００００
・肌であること。■中高圧用として使用するため化成特
性が３００Ｖ以上であること。■実際の電解コンデンサ
を作成した場合高温寿命試験で外観異常などの不都合を
起こさないことが必要である。そこで、まず各種組成比
の電解液を作成し、上記■，■，■の条件に合致する電
解液組成を決め、次にこの範囲ある電解液を用いて電解
コンデンサを作成し、■の外観異常の発生の有無を調べ
た。

第４図は上述した本発明の電解液を構成する溶質の溶解
量と本発明の目的に合致した特性を示す領域との関係を
示したグラフである。

同図において、実線Ａは電解液作成後、溶質の析出がな
く、かつ比抵抗が１００００・弧（３０００）以下で電
解コンデンサとして損失が大きくならない境界を示すも
ので、実線Ａにそって引かれた斜線側が条件に合致する
領域である。

また実線Ｂは、中高圧用電解コンデンサとして必要な化
成特性を示すもので、化成特性が３００Ｖ（７０００）
の境界をあらわし、実線Ｂにそって引かれた斜線側が３
００Ｖ以上の領域である。そして更にこれら実線Ａおよ
びＢで囲まれた領域のうち、高温寿命試験において外観
不良の発生しない条件を満足させるのは、図中実線Ｃで
囲まれた領域である。すなわち、この領域を満足させる
溶質の範囲は、エチレングリコールに対し、安息香酸ア
ンモニウム３．８一８．５ｗｔ％、棚酸が１．８−５ｗ
ｔ％、マンニツトが１．８一１仇れ％である。

棚酸とマンニットとは、重量比にしてほぼ１：１−２に
おいて特性上もっとも好ましい結果を示した以上述べた
ごとく、本発明の電解液は従来実現できなかった最高使
用温度１３０−１５０００の中高圧用電解コンデンサの
実現を可能にするものであり、本発明の電解液を用いた
電解コンデンサは、高温下で連続使用され、かつ故障の
少ないことが要求される産業機器、通信機器などの使用
に適合するもので、その工業的価値は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は安息香酸アンモニウムの溶解量と、化成特性と
の関係をあらわすグラフ。 第２図はエチレングリコールー安息香酸アンモニウム電
解液に水を添加した場合の水の含有量と化成特性との関
係をあらわすグラフ。第３図は本発明の電解液と従来の
電解液との化成特性を示すグラフで、ａは７０００にお
ける化成特性、ｂは１５０００における化成特性である
。第４図は本発明の電解液を構成する溶質の熔解量と好
適な特性を示す領域との関係をあらわすグラフである。
第１図 第２図 第３図 第ム図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エチレングリコールを溶媒とし、この溶媒に対して
   安息香酸アンモニウムを３．８−８．５ｗｔ％、硼酸を
   １．８−５ｗｔ％、マンニツトを１．８−１０ｗｔ％の
   範囲で溶解してなる電解コンデンサ駆動用電解液。 ２ 硼酸とマンニツトの溶解量が重量比で１：１−２の
   範囲であるところの特許請求の範囲第１項記載の電解コ
   ンデンサ駆動用電解液。