JP2006134916A - Electrolytic capacitor and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、湿式電解コンデンサ等の電解コンデンサ及びその製造方法に係り、特に、陽極に弁金属多孔質体を用い、陰極に多孔質炭素電極又は金属多孔質電極を用い、陽極及び陰極を巻回せず平面状に積層し、電解液として例えば硫酸を用いる電解コンデンサ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an electrolytic capacitor such as a wet electrolytic capacitor and a manufacturing method thereof, and in particular, a valve metal porous body is used as an anode, a porous carbon electrode or a metal porous electrode is used as a cathode, and the anode and the cathode are wound. The present invention relates to an electrolytic capacitor that is laminated in a flat shape and uses, for example, sulfuric acid as an electrolytic solution, and a manufacturing method thereof.
近年、携帯電話機等の携帯型電子機器においては、低電流化、低電圧化が図られているが、その機能によっては、瞬間的に非常に大きな電流を必要とする場合があり、このとき、電池等の電源で電圧変動（ＩＲドロップ等）が生じることによって、電子回路が正常に動作しなくなったり、電池の寿命を短くさせてしまうことがある。
例えば、ＣＰＵ等の動作電圧の下限値を一瞬でも下回ると、ＣＰＵ等がフリーズ状態となって電子機器が動作不能となってしまう。
このため、瞬間的に大電流を必要とするときのみ、急速な充電及び大電流の放電が可能な電気二重層コンデンサから電力を供給して全体の電力を平準化することが行われている。
さらに、電子機器の小型化及び薄型化に伴って、電気二重層コンデンサも小型化及び薄型化のための工夫がなされている（例えば、特許文献１参照。）。
In recent years, in portable electronic devices such as mobile phones, low current and low voltage have been achieved, but depending on the function, a very large current may be required instantaneously. When a voltage fluctuation (IR drop or the like) occurs in a power source such as a battery, the electronic circuit may not operate normally or the life of the battery may be shortened.
For example, if the operating voltage of the CPU or the like falls below the lower limit of the operating voltage even for a moment, the CPU or the like is frozen and the electronic device becomes inoperable.
For this reason, only when instantaneously a large current is required, power is supplied from an electric double layer capacitor capable of rapid charging and discharging of a large current to level the entire power.
Furthermore, with the miniaturization and thinning of electronic devices, electric double layer capacitors have also been devised for miniaturization and thinning (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、小型化及び薄型化するほど、逆に、等価直列抵抗（以下、ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance）という。）が増大し、本来の機能としての大電流を供給することが困難となってきている。なお、このＥＳＲは、素子としてのコンデンサを構成する例えば、電極、端子及びリード線等の抵抗である。
このため、小型化及び薄型化と、低ＥＳＲ化とを同時に達成するために、この電気二重層コンデンサに代えて、例えば、特許文献２に開示されているような固体電解コンデンサや、例えば、特願２００４−２３２１５０号に開示されているような湿式電解コンデンサを用いることが提案されている。
However, as the size and thickness are reduced, the equivalent series resistance (hereinafter referred to as ESR (Equivalent Series Resistance)) increases, making it difficult to supply a large current as an original function. . The ESR is a resistor such as an electrode, a terminal, and a lead wire that constitutes a capacitor as an element.
For this reason, in order to simultaneously achieve a reduction in size and thickness and a reduction in ESR, instead of this electric double layer capacitor, for example, a solid electrolytic capacitor disclosed in
図１１は、従来技術である湿式電解コンデンサの概略構成及び組立方法を説明するための説明図、図１２は、従来技術を説明するための説明図であって、同湿式電解コンデンサのセルの構成を分解して示す分解斜視図、図１３は、同セルを構成する多孔質陽極体の構成を示す図であって、同図（ａ）は、同多孔質陽極体の平面図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
湿式電解コンデンサ１０１は、図１１に示すように、セル１０２と、セル１０２を構成する集電体１０３に圧接した状態でセル１０２を挟み込む陰極板１０４と、陽極端子部１０５及び陰極端子部を１０６を露出させた状態でこれらの端子部以外を封止するラミネート外装材１０７とを備えてなっている。
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a schematic configuration and an assembling method of a conventional wet electrolytic capacitor, and FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the conventional technology, and a cell configuration of the wet electrolytic capacitor. FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a porous anode body constituting the cell, and FIG. 13A is a plan view of the porous anode body. b) is a sectional view taken along the line CC of FIG.
As shown in FIG. 11, the wet electrolytic capacitor 101 includes a
セル１０２は、図１２に示すように、多孔質陽極体１０８と、多孔質陽極体１０８に対向配置された集電体１０３と、集電体１０３上に、例えばスクリーン印刷法によって成形された活性炭層１０９と、多孔質陽極体１０８及び活性炭層１０９が形成された集電体１０３を隔てるセパレータ１１０と、多孔質陽極体１０８、集電体１０３に形成された活性炭層１０９及びセパレータ１１０を電解液としての硫酸を封入した状態で、気密封止するためのガスケット１１１とを有している。
多孔質陽極体１０８は、図１３に示すように、ニオブ箔１１３と、ニオブ箔１１３の中央部に形成されたニオブ多孔質体１１４とを有していると共に、陽極端子部１０５を除く表面には陽極酸化膜が形成されている。
As shown in FIG. 12, the
As shown in FIG. 13, the porous anode body 108 has a
ニオブ多孔質体１１４は、ニオブ箔１１３上にニオブ粉体を含むニオブペーストを印刷成形した後、真空焼結して形成される。
湿式電解コンデンサ１０１は、図１１に示すように、ニオブ箔１１３上にニオブ粉末を含むニオブペーストを印刷成形したものを、真空焼結した後、陽極酸化処理を行うことによって多孔質陽極体１０８を作製した後、この多孔質陽極体１０８の両面側に、セパレータ１１０，１１０を隔てて、多孔質陽極体１０８と、集電体１０３，１０３上に印刷成形された活性炭層１０９，１０９とを対向配置し、集電体１０３とガスケット１１１とによって、多孔質陽極体１０８、活性炭層１０９及びセパレータ１１０を電解液としての硫酸を封入した状態で、気密封止してセル１０２を作製し、このセル１０２を外側から陰極板１０４によって集電体１０３に圧接するように挟み、さらに、陽極端子部１０５及び陰極端子部１０６以外をラミネート外装材１０７によって封止外装して、製造される。
The niobium
As shown in FIG. 11, the wet electrolytic capacitor 101 is formed by printing a niobium paste containing niobium powder on a
解決しようとする問題点は、上記従来技術では、多孔質陽極体１０８に突起や反りが発生して、セパレータ１１０との十分な接触が得られずに、接触不良によりＥＳＲが増大してしまったり、セパレータ１１０が破れて内部ショートを引き起こしてしまうという点である。
すなわち、平坦なニオブ箔１１３上にニオブペーストを印刷法によって形成させる場合に、ニオブペースト層が、図１３（ｂ）に示すような断面矩形状とならずに、印刷マスクを除去するときに、印刷済みのニオブペースト層の端部が持ち上げられてしまい、図１４に示すように、角が立ったような突起部１１５が形成されてしまう。突起部１１５が形成された多孔質陽極体１０８を用いてこのまま組み立てると、この突起部１１５の箇所でしかセパレータ１１０と接触しないため、ＥＳＲが増大してしまう。また、突起部１１５の先端が鋭利な場合は、突起部１１５がセパレータ１１０を突き破って内部ショートを引き起こしてしまう。
The problem to be solved is that in the above prior art, protrusions and warping occur in the porous anode body 108, and sufficient contact with the
That is, when the niobium paste is formed on the
また、平坦なニオブ箔１１３の両面にニオブペーストを均一に塗布することは容易でななく、例えば、厚さ０．１ｍｍのニオブ箔１１３を用いる場合は、ニオブ箔１１３上にニオブペースト層を形成して焼結した際の収縮量及び陽極酸化時の体積膨張量のバランスが崩れて、図１５に示すように、多孔質陽極体１０８全体が湾曲してしまい、セパレータ１１０との間の接触が不完全となり、接触不良によりＥＳＲが増大してしまったり、セパレータ１１０が破れて内部ショートを引き起こす。
Further, it is not easy to uniformly apply the niobium paste on both surfaces of the
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、ＥＳＲの増大化や、内部ショートの発生を防止し、歩留まりを改善し、信頼性を向上させることができる電解コンデンサ及びその製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides an electrolytic capacitor that can prevent an increase in ESR and occurrence of an internal short, improve yield, and improve reliability, and a method for manufacturing the same. The purpose is to do.
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、電解質溶液を含浸させたイオン透過性を有するセパレータを介して、互いに対向配置された陽極と陰極とを備えてなる電解コンデンサに係り、上記陽極は、凹部が形成された金属箔と、上記凹部内に形成された金属多孔質体とを有してなり、上記金属多孔質体は、上記凹部に充填された金属粉体が焼結処理されて形成されていることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 relates to an electrolytic capacitor comprising an anode and a cathode arranged opposite to each other via an ion-permeable separator impregnated with an electrolyte solution. The anode includes a metal foil having a recess and a metal porous body formed in the recess. The metal porous body is sintered with metal powder filled in the recess. It is characterized by being processed.
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の電解コンデンサに係り、上記金属箔及び上記金属粉体は弁金属からなり、上記陽極の表面には、陽極酸化処理によって、誘電体膜が形成されていることを特徴としている。
The invention according to
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の電解コンデンサに係り、上記セパレータは、絶縁性の多孔質体からなり、上記陰極は、導電性の多孔質体からなることを特徴としている。
The invention according to
また、請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の電解コンデンサに係り、上記凹部は、座繰り加工によって上記金属箔の両面側に形成されていることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the electrolytic capacitor according to the first, second, or third aspect, wherein the concave portion is formed on both sides of the metal foil by countersinking.
また、請求項５記載の発明は、請求項１、２又は３記載の電解コンデンサに係り、上記凹部は、エンボス加工により上記金属箔の片面側に形成されていることを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the electrolytic capacitor according to the first, second or third aspect, wherein the concave portion is formed on one side of the metal foil by embossing.
また、請求項６記載の発明は、電解質溶液を含浸させたイオン透過性を有するセパレータを介して、陽極と陰極とを、互いに対向配置させて電解コンデンサを組み立てる電解コンデンサの製造方法に係り、凹部が形成された金属箔を用意し、金属粉体を含む金属ペーストを上記凹部に充填した後、上記金属ペーストを焼結処理して、上記凹部内に金属多孔質体を形成して、上記陽極を作製することを特徴としている。 The invention described in claim 6 relates to a method of manufacturing an electrolytic capacitor in which an electrolytic capacitor is assembled by arranging an anode and a cathode so as to face each other through an ion-permeable separator impregnated with an electrolyte solution. And a metal paste containing metal powder is filled in the recess, and the metal paste is sintered to form a metal porous body in the recess, and the anode It is characterized by producing.
また、請求項７記載の発明は、請求項６記載の電解コンデンサの製造方法に係り、上記金属箔及び上記金属粉体として弁金属を用い、上記金属ペーストを焼結処理して、上記凹部内に上記金属多孔質体を形成した後、陽極酸化処理によって、上記陽極の表面に誘電体膜を形成することを特徴としている。
The invention according to
また、請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載の電解コンデンサの製造方法に係り、上記セパレータとして、絶縁性の多孔質体を用い、上記陰極として、導電性の多孔質体を用いることを特徴としている。
The invention according to claim 8 relates to the method of manufacturing an electrolytic capacitor according to
また、請求項９記載の発明は、請求項６、７又は８記載の電解コンデンサの製造方法に係り、座繰り加工によって上記凹部を上記金属箔の両面側に形成することを特徴としている。 According to a ninth aspect of the invention, there is provided an electrolytic capacitor manufacturing method according to the sixth, seventh or eighth aspect, wherein the concave portions are formed on both sides of the metal foil by countersinking.
また、請求項１０記載の発明は、請求項６、７又は８記載の電解コンデンサの製造方法に係り、エンボス加工によって上記凹部を上記金属箔の片面側に形成することを特徴としている。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an electrolytic capacitor manufacturing method according to the sixth, seventh or eighth aspect, wherein the concave portion is formed on one side of the metal foil by embossing.
この発明の構成によれば、予め形成した凹部内に金属粉末を充填するので、印刷マスクを使用することなく、金属粉末を含む金属ペーストを凹部に擦切り充填することによって、金属ペースト層形成時の突起の形成を防止することができる。また、塗布量の均一化を容易に図ることができるので、湾曲を抑制することができる。
したがって、ＥＳＲの増大化や、内部ショートの発生を防止し、歩留まりを改善し、信頼性を向上させることができる。
According to the configuration of the present invention, the metal powder is filled into the recesses formed in advance, so that the metal paste containing the metal powder is scraped and filled into the recesses without using a printing mask, so that the metal paste layer can be formed. The formation of protrusions can be prevented. In addition, since the coating amount can be easily uniformed, bending can be suppressed.
Therefore, increase in ESR and occurrence of internal short circuit can be prevented, yield can be improved, and reliability can be improved.
また、エンボス加工により金属箔の片面側に凹部を形成することによって、平板状の金属箔を用いる場合に比べて、機械的強度を高めることができるので、焼結時の収縮や陽極酸化時の体積膨張による反りの発生を抑制することができる。
したがって、ＥＳＲの増大化や、内部ショートの発生を防止し、歩留まりを改善し、信頼性を一段と向上させることができる。
In addition, by forming a recess on one side of the metal foil by embossing, the mechanical strength can be increased compared to the case of using a flat metal foil, so shrinkage during sintering and anodization Generation | occurrence | production of the curvature by volume expansion can be suppressed.
Therefore, increase in ESR and occurrence of internal short circuit can be prevented, yield can be improved, and reliability can be further improved.
予め形成した凹部内に、印刷マスクを使用することなく、金属粉末を含む金属ペーストを擦切り充填することによって、金属ペースト層形成時の突起の形成を防止し、塗布量の均一化を容易に図り、ＥＳＲの増大化や、内部ショートの発生を防止し、歩留まりを改善し、信頼性を向上させるという目的を実現した。
また、エンボス加工により金属箔の片面側に凹部を形成することによって、平板状の金属箔を用いる場合に比べて、機械的強度を高めることができ、焼結時の収縮や陽極酸化時の体積膨張による反りの発生を抑制することができる。
By forming a metal paste containing metal powder by scraping and filling the pre-formed recesses without using a printing mask, the formation of protrusions during the formation of the metal paste layer can be prevented and the coating amount can be made uniform easily. The purpose of preventing the increase of ESR and the occurrence of internal short circuit, improving the yield and improving the reliability was realized.
In addition, by forming a recess on one side of the metal foil by embossing, the mechanical strength can be increased compared to the case of using a flat metal foil, and the volume during shrinkage and anodic oxidation can be increased. Generation of warpage due to expansion can be suppressed.
図１は、この発明の第１実施例である湿式電解コンデンサの概略構成を模式的に示す断面図、図２は、同湿式電解コンデンサの構成及び組立方法を説明するための説明図、図３は、同湿式電解コンデンサのセルの構成を分解して示す分解斜視図、図４は、同セルを構成する多孔質陽極体の構成を示す図であって、同図（ａ）は、同多孔質陽極体の平面図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、また、図５は、同湿式電解コンデンサのＥＳＲ値の測定結果を示す図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a wet electrolytic capacitor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the configuration and assembly method of the wet electrolytic capacitor. FIG. 4 is an exploded perspective view showing the structure of the cell of the wet electrolytic capacitor in an exploded manner, FIG. 4 is a view showing the structure of the porous anode body constituting the cell, and FIG. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5A, and FIG. 5 is a diagram showing the measurement result of the ESR value of the wet electrolytic capacitor. is there.
この例の湿式電解コンデンサ１は、図１及び図２に示すように、セル２と、セル２を構成する集電体３に圧接した状態でセル２を挟み込む陰極板４と、陽極端子部５及び陰極端子部６を露出させた状態でこれらの端子部以外を封止するラミネート外装フィルム７とを備えてなっている。
セル２は、図３に示すように、多孔質陽極体８と、多孔質陽極体８の両面側に多孔質陽極体８に対向配置された集電体３，３と、各集電体３上に印刷成形された活性炭層９と、多孔質陽極体８及び活性炭層９が形成された集電体３，３を隔てるセパレータ１１，１１と、多孔質陽極体８、集電体３，３に形成された活性炭層９及びセパレータ１１，１１を電解液としての硫酸を封入した状態で、気密封止するためのガスケット１２，１２とを有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the wet electrolytic capacitor 1 of this example includes a
As shown in FIG. 3, the
多孔質陽極体８は、図４に示すように、耐酸性を有するニオブ箔１５と、ニオブ箔１５の両面の中央部に形成された直方体状の凹部１６，１６内に形成されたニオブ多孔質体１７とを有していると共に、陽極端子部５を除く表面には誘電体膜としての陽極酸化膜（不図示）が形成されている。弁金属としてのニオブは、その皮膜（例えば、酸化皮膜）が、弁作用（整流作用）を示す。
ニオブ箔１５は、ニオブ多孔質体１７を形成するための座ぐり加工による凹部１６，１６と、陽極端子部５とを有している。この例では、ニオブ箔１５の厚さは、略０．６ｍｍである。
ニオブ多孔質体１７は、ニオブ箔１５の凹部１６，１６にニオブ粉末を含むニオブペーストを充填し、真空焼結して形成される。
As shown in FIG. 4, the porous anode body 8 includes a
The
The niobium
集電体３は、例えば、炭素粉末を分散させた導電性ゴムシートからなっている。
活性炭層９は、比表面積が略１２００［ｍ２／ｇ］の活性炭からなり、集電体３上に２０±５［μｍ］の厚さで例えばスクリーン印刷法によって形成されている。活性炭としては、例えば、フェノール樹脂系活性炭が用いられる。
ガスケット１２は、絶縁性及び耐酸性を有する熱融着性樹脂からなっている。
The
The activated
The
次に、図１乃至図４を参照して、この例の湿式電解コンデンサ１の製造方法について説明する。
まず、図４に示すように、両面に予め座ぐり加工により深さ０．２５ｍｍの凹部１６，１６が形成された厚さ略０．６ｍｍのニオブ箔１５を用意し、各凹部１６内にニオブペーストを擦り切り充填する。
このニオブペーストは、弁作用金属粉末としての比表面積７［ｍ２／ｇ］のニオブ粉末と、分散材としての例えば、２−２ブトキシエトキシエタノール（ＢＣ）と、バインダとしてのアクリル樹脂系バインダと、可塑剤としてのブチルフタリルグリコール酸ブチル（ＢＰＢＧ）とを、それぞれ、重量比で、７０％、１８％、６％、６％となるように秤量して調製する。
Next, with reference to FIG. 1 thru | or FIG. 4, the manufacturing method of the wet electrolytic capacitor 1 of this example is demonstrated.
First, as shown in FIG. 4,
This niobium paste includes a niobium powder having a specific surface area of 7 [m 2 / g] as a valve action metal powder, 2-2 butoxyethoxyethanol (BC) as a dispersing agent, an acrylic resin binder as a binder, The butyl phthalyl glycolate (BPBG) as a plasticizer is weighed and prepared to be 70%, 18%, 6%, and 6%, respectively, by weight ratio.
次に、各凹部１６内にニオブペーストが充填されたニオブ箔１５を、真空容器内に導入し、圧力５０［μＴｏｒｒ］程度の真空中で１０００［℃］の焼結温度で、保持時間を３０分間として、ニオブペーストを焼結させる。これにより、凹部１６，１６内にニオブ多孔質体１７を形成する。
次に、凹部１６，１６内にニオブ多孔質体１７が形成されたニオブ箔１５を、０．６［vol％］の燐酸中で４．６［Ｖ］の電圧を１２時間印加して、陽極酸化処理を行い、陽極端子部５を除くニオブ箔１５及びニオブ多孔質体１７の表面に誘電体膜としての陽極酸化膜を形成する。こうして、多孔質陽極体８を作製する。
Next, the
Next, a voltage of 4.6 [V] is applied to the
次に、図１及び図３に示すように、この多孔質陽極体８の両面側に、セパレータ１１，１１を隔てて、多孔質陽極体８と、集電体３，３上に印刷成形された活性炭層９，９とを対向配置する。活性炭層９は、平均粒径が例えば２０μｍ以下、比表面積が略１２００［ｍ２／ｇ］の活性炭からなり、集電体３上に２０±５［μｍ］の厚さで印刷によって形成されている。また、集電体３は、例えば、炭素粉末を分散させた導電性ゴムシートからなっている。
Next, as shown in FIGS. 1 and 3, the porous anode body 8 is printed on both sides of the porous anode body 8 and the
次に、集電体３とガスケット１２によって、多孔質陽極体８、活性炭層９，９及びセパレータ１１，１１を電解液としての硫酸を封入した状態で、気密封止してセル２を作製する。このセル２は、集電体３とガスケット１２によって、多孔質陽極体８、活性炭層９，９及びセパレータ１１，１１を気密封止することによって、内部に硫酸を保持することができる。なお、ガスケット１２は、絶縁性及び耐酸性を有する熱融着性樹脂からなっている。
次に、図２に示すように、このセル２を外側から、例えば銅製の陰極板４によって集電体３に圧接するように挟み、さらに、陽極端子部５及び陰極端子部６以外をラミネート外装材７によって封止外装して、この例の湿式電解コンデンサ１が完成する。
Next, the
Next, as shown in FIG. 2, the
発明者らが、このようにして製造された湿式電解コンデンサ１について、ＥＳＲ値を測定したところ、表１及び図５に示すような結果が得られた。
ここで、定格電圧４［Ｖ］、床面寸法３８．５［ｃｍ］×２６．５［ｃｍ］の湿式電解コンデンサ１を２０個製造し、ＥＳＲ値を測定した。なお、湿式電解コンデンサ１の厚さは、１．０［ｍｍ］、容量は、１０±２［ｍＦ］である。
また、比較のために従来技術により製造した図１１乃至図１３に示す湿式電解コンデンサについても、比較例としてＥＳＲ値を測定した。
When the inventors measured the ESR value of the wet electrolytic capacitor 1 thus manufactured, results as shown in Table 1 and FIG. 5 were obtained.
Here, 20 wet electrolytic capacitors 1 having a rated voltage of 4 [V] and a floor surface size of 38.5 [cm] × 26.5 [cm] were manufactured, and ESR values were measured. The wet electrolytic capacitor 1 has a thickness of 1.0 [mm] and a capacity of 10 ± 2 [mF].
For comparison, the ESR values of the wet electrolytic capacitors shown in FIGS. 11 to 13 manufactured according to the prior art were also measured as comparative examples.
比較例として用いた湿式電解コンデンサは、この実施例１と同様に、作製したニオブ粉末を含むニオブペーストを、厚さ０．１ｍｍのニオブ箔の両面に、厚さ０．２５±０．０５［ｍｍ］の印刷マスクを用いて印刷成形した後、この実施例１と同様に、真空焼結、陽極酸化、セル形成及びラミネート封止外装を行って、図１１乃至図１３に示す湿式電解コンデンサを製造した。
この比較例についても、定格電圧４［Ｖ］、床面寸法３８．５［ｃｍ］×２６．５［ｃｍ］の湿式電解コンデンサを２０個製造し、ＥＳＲ値を測定した。厚さは、１．０［ｍｍ］、容量は、１０±２［ｍＦ］である。
In the same manner as in Example 1, the wet electrolytic capacitor used as a comparative example was prepared by applying a niobium paste containing the prepared niobium powder to both sides of a 0.1 mm thick niobium foil with a thickness of 0.25 ± 0.05 [ mm] using a printing mask, vacuum sintering, anodic oxidation, cell formation, and laminate sealing exterior are performed in the same manner as in Example 1 to obtain the wet electrolytic capacitor shown in FIGS. Manufactured.
Also for this comparative example, 20 wet electrolytic capacitors having a rated voltage of 4 [V] and a floor surface size of 38.5 [cm] × 26.5 [cm] were manufactured, and the ESR value was measured. The thickness is 1.0 [mm], and the capacity is 10 ± 2 [mF].
この結果、表１及び図５に示すように、ＥＳＲ値は、２０［ｍΩ］〜２６［ｍΩ］の安定した値が得られ、製品によるばらつきも小さい。また、平均値は、２４［ｍΩ］であり、十分な低ＥＳＲ値が得られている。これに対して、比較例では、ＥＳＲ値は、２３［ｍΩ］〜１０５［ｍΩ］の値が得られ、平均値は、４１［ｍΩ］であり、ＥＳＲ値が高い上に、製品によるばらつきも大きい。
また、比較例のうち、ＥＳＲ値が３０［ｍΩ］以上であった製品を分解してみたところ、その全ての製品で、陽極電極に突起及び反りが発生していた。さらに、ＥＳＲ値が９８［ｍΩ］であった製品、１０５［ｍΩ］であった製品については、陽極電極に突起及び湾曲によって、セパレータのみならず、集電体までもが破れて、電解液洩れを引き起こしていた。
As a result, as shown in Table 1 and FIG. 5, a stable value of 20 [mΩ] to 26 [mΩ] is obtained as the ESR value, and variation among products is small. The average value is 24 [mΩ], and a sufficiently low ESR value is obtained. In contrast, in the comparative example, ESR values of 23 [mΩ] to 105 [mΩ] are obtained, and the average value is 41 [mΩ]. large.
In addition, among the comparative examples, when products having an ESR value of 30 [mΩ] or more were disassembled, protrusions and warpage occurred in the anode electrode in all the products. Furthermore, for products with an ESR value of 98 [mΩ] and products with 105 [mΩ], not only the separator but also the current collector was broken by the protrusion and curvature of the anode electrode, and the electrolyte leaked. Was causing.
一方、陽極電極に突起及び反りが生じていない製品については、この実施例１と比較例とについて、コンデンサ内部の接触不良を低減することができたことが確認された。すなわち、この例の方法により製造された湿式電解コンデンサでは、接触不良を低減し、ＥＳＲを低下させることができることが実証された。
なお、ＥＳＲの最小値が、この実施例１の製品のほうが比較例よりも小さかったのは、比較例では、ニオブ多孔質体が底面でのみニオブ箔に接触するのに対して、この実施例１では、ニオブ箔の凹部内にニオブ多孔質体を形成したことによって、ニオブ多孔質体は、側面部でもニオブ箔に接触するので、この接触面積の増加分だけＥＳＲが下がったためと考えられる。
すなわち、この例では、従来例よりも接触面積を増大化させることによっても、さらにＥＳＲを低下させることができることがわかった。
On the other hand, it was confirmed that the contact failure inside the capacitor could be reduced for the Example 1 and the comparative example for the product in which the anode electrode did not have protrusions and warpage. That is, it was demonstrated that the wet electrolytic capacitor manufactured by the method of this example can reduce contact failure and reduce ESR.
The minimum value of ESR was smaller in the product of Example 1 than in the comparative example. In the comparative example, the niobium porous body was in contact with the niobium foil only on the bottom surface. In No. 1, since the niobium porous body was formed in the concave portion of the niobium foil, the niobium porous body was also in contact with the niobium foil at the side surface portion, so that it is considered that the ESR was lowered by the increase in the contact area.
That is, in this example, it was found that ESR can be further reduced by increasing the contact area as compared with the conventional example.
このように、この例の構成によれば、座ぐり加工によってニオブ箔に予め形成した凹部に、ニオブ粉体を含むニオブペーストを擦切り充填するので、印刷マスクを使用する必要がないために、金属ペースト層形成時の突起の形成を防止することができる。また、塗布量の均一化を容易に図ることができるので、多孔質陽極体の湾曲を抑制することができる。
したがって、ＥＳＲの増大化や、内部ショートの発生を防止し、歩留まりを改善し、信頼性を向上させることができる。
また、ニオブ箔の凹部内にニオブ多孔質体を形成したことによって、ニオブ多孔質体は、側面部でもニオブ箔に接触するので、この接触面積の増加分だけＥＳＲをさらに低下させることができる。
As described above, according to the configuration of this example, the niobium paste containing niobium powder is scraped and filled in the recesses formed in advance on the niobium foil by spot facing, so there is no need to use a printing mask. Protrusions can be prevented from being formed when the paste layer is formed. In addition, since the coating amount can be easily uniformed, the bending of the porous anode body can be suppressed.
Therefore, increase in ESR and occurrence of internal short circuit can be prevented, yield can be improved, and reliability can be improved.
Further, since the niobium porous body is formed in the concave portion of the niobium foil, the niobium porous body also contacts the niobium foil even at the side surface portion, so that the ESR can be further reduced by the increase in the contact area.
図６は、この発明の第２実施例である湿式電解コンデンサの概略構成を模式的に示す断面図、図７は、同湿式電解コンデンサの構成及び組立方法を説明するための説明図、図８は、同湿式電解コンデンサのセルの構成を分解して示す分解斜視図、図９は、同セルを構成する多孔質陽極体の構成を示す図であって、同図（ａ）は、同多孔質陽極体の平面図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、また、図１０は、同湿式電解コンデンサのＥＳＲ値の測定結果を示す図である。
である。
この例の湿式電解コンデンサが、実施例１と異なるところは、ニオブ箔の片面にエンボス加工を施して凹部を形成した点である。
これ以外は、実施例１と略同一構成であるので、その説明を簡略化する。
FIG. 6 is a sectional view schematically showing a schematic configuration of a wet electrolytic capacitor according to a second embodiment of the present invention, FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the configuration and assembly method of the wet electrolytic capacitor, and FIG. FIG. 9 is an exploded perspective view showing the structure of the cell of the wet electrolytic capacitor in an exploded manner, FIG. 9 is a view showing the structure of the porous anode body constituting the cell, and FIG. FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 10A, and FIG. 10 is a diagram showing a measurement result of the ESR value of the wet electrolytic capacitor. is there.
It is.
The wet electrolytic capacitor of this example differs from Example 1 in that a concave portion is formed by embossing one side of the niobium foil.
Other than this, the configuration is substantially the same as that of the first embodiment, and the description thereof is simplified.
この例の湿式電解コンデンサ１Ａは、図６及び図７に示すように、セル２１，２１と、セル２１，２１を構成する集電体２２，２２に両側から圧接された陰極板２３と、陽極端子部２４，２４及び陰極端子部２５を露出させた状態でこれらの端子部以外を封止するラミネート外装フィルム２６とを備えてなっている。なお、陽極端子部２４，２４は、集端材２８によって一体化されている。
各セル２１は、図８に示すように、多孔質陽極体２９と、多孔質陽極体２９に対向配置された集電体２２と、集電体２２上に印刷成形された活性炭層３２と、多孔質陽極体２９及び活性炭層３２が形成された集電体２２を隔てるセパレータ３３と、ガスケット３４と、絶縁ゴム２７とを有している。
この例では、集電体２２と絶縁ゴム２７とガスケット３４とによって、多孔質陽極体２９、集電体２２に形成された活性炭層３２及びセパレータ３３を電解液としての硫酸を封入した状態で、気密封止する。
As shown in FIGS. 6 and 7, the wet electrolytic capacitor 1 </ b> A of this example includes cells 21, 21, a
As shown in FIG. 8, each cell 21 includes a porous anode body 29, a
In this example, the
多孔質陽極体２９は、図９に示すように、ニオブ箔３４と、ニオブ箔３４の中央部に形成された直方体状の凹部３５内に形成されたニオブ多孔質体３６とを有していると共に、陽極端子部２４を除く表面には誘電体膜としての陽極酸化膜（不図示）が形成されている。
ニオブ箔３４は、ニオブ多孔質体３６を形成するためのエンボス加工による深さ０．２５ｍｍの凹部３５と、陽極端子部２４とを有している。この例では、ニオブ箔３４の厚さは、略０．１ｍｍである。
ニオブ多孔質体３６は、ニオブ箔３４の凹部３５にニオブ粉末を含むニオブペーストを充填し、真空焼結して形成される。
As shown in FIG. 9, the porous anode body 29 has a
The
The niobium
集電体２２は、例えば、炭素粉末を分散させた導電性ゴムシートからなっている。
活性炭層３２は、比表面積が略１２００［ｍ２／ｇ］の活性炭からなり、集電体２２上に２０±５［μｍ］の厚さで印刷によって形成されている。
ガスケット３４は、絶縁性及び耐酸性を有する熱融着性樹脂からなっている。
The
The activated
The
次に、図６及び図９を参照して、この例の湿式電解コンデンサ１の製造方法について説明する。
まず、図９に示すように、片面に予めエンボス加工により深さ０．２５ｍｍの凹部３５が形成された厚さ略０．１ｍｍのニオブ箔３４を用意し、凹部３５内にニオブペーストを擦り切り充填する。
このニオブペーストは、弁作用金属粉末としての比表面積７［ｍ２／ｇ］のニオブ粉末と、分散材としての例えば、２−２ブトキシエトキシエタノール（ＢＣ）と、バインダとしてのアクリル樹脂系バインダと、可塑剤としてのブチルフタリルグリコール酸ブチル（ＢＰＢＧ）を、それぞれ、重量比で、７０％、１８％、６％、６％となるように秤量して調製する。
Next, with reference to FIG.6 and FIG.9, the manufacturing method of the wet electrolytic capacitor 1 of this example is demonstrated.
First, as shown in FIG. 9, a
This niobium paste includes a niobium powder having a specific surface area of 7 [m 2 / g] as a valve action metal powder, 2-2 butoxyethoxyethanol (BC) as a dispersing agent, an acrylic resin binder as a binder, The butyl phthalyl glycolate (BPBG) as a plasticizer is weighed and prepared to be 70%, 18%, 6%, and 6%, respectively, by weight ratio.
次に、凹部３５内にニオブペーストが充填されたニオブ箔３４を、真空容器内に導入し、圧力５０［μＴｏｒｒ］程度の真空中で１０００［℃］の焼結温度で、保持時間を３０分間として、ニオブペーストを焼結させる。これにより、凹部３４内にニオブ多孔質体３６を形成する。
次に、凹部３５内にニオブ多孔質体３６が形成されたニオブ箔３４を、０．６［体積％］の燐酸中で４．６［Ｖ］の電圧を１２時間印加して、陽極酸化を行い、ニオブ箔１５及びニオブ多孔質体３６の表面に陽極酸化膜を形成する。こうして、多孔質陽極体２９を作製する。
Next, the
Next, the
次に、図６及び図８に示すように、この多孔質陽極体２９と、セパレータ３３を隔てて、集電体２２上に印刷成形された活性炭層３２とを対向配置する。活性炭層３２は、比表面積が略１２００［ｍ２／ｇ］の活性炭からなり、集電体２２上に２０±５［μｍ］の厚さで印刷によって形成されている。また、集電体２２は、例えば、炭素粉末を分散させた導電性ゴムシートからなっている。
Next, as shown in FIGS. 6 and 8, the porous anode body 29 and the activated
次に、集電体２２と絶縁ゴム２７とガスケット３４とによって、多孔質陽極体２９、活性炭層３２及びセパレータ３３を電解液としての硫酸を封入した状態で、気密封止してセル２１を作製する。このセル２は、集電体２２と絶縁ゴム２７とガスケット３４によって、多孔質陽極体２９、活性炭層３２及びセパレータ３３を気密封止することによって、内部に硫酸を保持することができる。なお、ガスケット３４は、絶縁性及び耐酸性を有する熱融着性樹脂からなっている。また、絶縁ゴム２７は、絶縁性を有する例えばブチルゴムからなっている。
次に、図７に示すように、一対のセル２１によって、例えば銅製の陰極板２３を両側の集電体２２．２２に圧接されるように挟んで、さらに、陽極端子部２４，２４及び陰極端子部２５以外をラミネート外装材フィルム２６によって封止外装し、陽極端子部２４，２４を集端材２８を用い溶接によって一体化して、この例の湿式電解コンデンサ１Ａが完成する。
Next, the porous anode body 29, the activated
Next, as shown in FIG. 7, a pair of cells 21 sandwich, for example, a
発明者らが、このようにして製造された湿式電解コンデンサ１Ａについて、ＥＳＲ値を測定したところ、表２及び図１０に示すような結果が得られた。
ここで、定格電圧４［Ｖ］、床面寸法３８．５［ｃｍ］×２６．５［ｃｍ］の湿式電解コンデンサ１を２０個製造し、ＥＳＲ値を測定した。なお、厚さは、１．０［ｍｍ］、容量は、１０±２［ｍＦ］である。
また、比較のために従来技術により製造した図１１乃至図１３に示す湿式電解コンデンサについても、比較例としてＥＳＲ値を測定した。この比較例についても、定格電圧４［Ｖ］、床面寸法３８．５［ｃｍ］×２６．５［ｃｍ］の湿式電解コンデンサを２０個製造し、ＥＳＲ値を測定した。厚さは、１．０［ｍｍ］、容量は、１０±２［ｍＦ］である。
When the inventors measured the ESR value of the wet
Here, 20 wet electrolytic capacitors 1 having a rated voltage of 4 [V] and a floor surface size of 38.5 [cm] × 26.5 [cm] were manufactured, and ESR values were measured. The thickness is 1.0 [mm] and the capacity is 10 ± 2 [mF].
For comparison, the ESR values of the wet electrolytic capacitors shown in FIGS. 11 to 13 manufactured according to the prior art were also measured as comparative examples. Also for this comparative example, 20 wet electrolytic capacitors having a rated voltage of 4 [V] and a floor surface size of 38.5 [cm] × 26.5 [cm] were manufactured, and the ESR value was measured. The thickness is 1.0 [mm], and the capacity is 10 ± 2 [mF].
この結果、表２及び図１０に示すように、ＥＳＲ値は、２２［ｍΩ］〜２６［ｍΩ］の安定した値が得られ、製品によるばらつきも小さい。また、平均値は、２４［ｍΩ］であり、十分な低ＥＳＲ値が得られている。これに対して、比較例では、ＥＳＲ値は、２３［ｍΩ］〜１０５［ｍΩ］の値が得られ、平均値は、４１［ｍΩ］であり、ＥＳＲ値が高い上に、製品によるばらつきも大きい。 As a result, as shown in Table 2 and FIG. 10, stable values of 22 [mΩ] to 26 [mΩ] are obtained as ESR values, and variations among products are small. The average value is 24 [mΩ], and a sufficiently low ESR value is obtained. On the other hand, in the comparative example, ESR values of 23 [mΩ] to 105 [mΩ] are obtained, and the average value is 41 [mΩ]. large.
この例の構成によれば、上述した実施例１と略同様の効果を得ることができる。
加えて、エンボス加工によりニオブ箔の片面側に凹部を形成するので、平板状の金属箔を用いる場合に比べて、機械的強度を高めることができるので、焼結時の収縮や陽極酸化時の体積膨張による湾曲の発生を抑制することができる。
したがって、ＥＳＲの増大化や、内部ショートの発生を防止し、歩留まりを改善し、信頼性を一段と向上させることができる。
According to the configuration of this example, it is possible to obtain substantially the same effect as that of the first embodiment described above.
In addition, since the concave portion is formed on one side of the niobium foil by embossing, the mechanical strength can be increased compared to the case of using a flat metal foil. Generation of curvature due to volume expansion can be suppressed.
Therefore, increase in ESR and occurrence of internal short circuit can be prevented, yield can be improved, and reliability can be further improved.
以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
例えば、上述した実施例では、電解質溶液として、硫酸を用いる場合について述べたが、有機電極液を用いるようにしても良い。また、弁金属として、ニオブのほか、アルミニウムやタンタルを用いる場合に適用できる。
また、ニオブ箔に形成する凹部は、単数としても複数としても良いし、その断面形状も、矩形状に限らず、セパレータに接触する側は平面状とし、底部側は、曲面状であっても良し、不定形であっても良い。
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. Are also included in the present invention.
For example, in the above-described embodiments, the case where sulfuric acid is used as the electrolyte solution has been described. However, an organic electrode solution may be used. Moreover, it can be applied to the case where aluminum or tantalum is used in addition to niobium as the valve metal.
Further, the concave portion formed in the niobium foil may be singular or plural, and the cross-sectional shape is not limited to a rectangular shape, and the side in contact with the separator may be a flat shape, and the bottom side may be a curved shape. It may be good or irregular.
また、ニオブペーストの焼結温度は、１０００［℃］に限らず、例えば、これよりも高温側に設定して、保持時間を３０分間よりも短くするようにしても良い。
また、活性炭としては、例えば、フェノール樹脂系活性炭に限らず、やしがら活性炭や、石油コークス系活性炭等を用いるようにしても良い。また、賦活方法としては、水蒸気賦活処理法によっても良いし、溶融ＫＯＨ賦活処理法によっても良い。
また、活性炭に代えて、他の耐酸性を有する導電性の多孔質体を用いるようにしても良い。また、集電体としては、アルミニウムや、銅、ニッケル等の金属板を用いるようにしても良い。
Further, the sintering temperature of the niobium paste is not limited to 1000 [° C.], for example, it may be set to a higher temperature side, and the holding time may be shorter than 30 minutes.
Moreover, as activated carbon, you may make it use not only a phenol resin type | system | group activated carbon but a coconut shell activated carbon, a petroleum coke type | system | group activated carbon, etc., for example. Further, as an activation method, a steam activation treatment method or a melted KOH activation treatment method may be used.
Further, instead of activated carbon, another conductive porous body having acid resistance may be used. Moreover, you may make it use metal plates, such as aluminum, copper, and nickel, as a collector.
電解コンデンサとして、湿式電解コンデンサのほか、乾式電解コンデンサに適用できる。 As an electrolytic capacitor, it can be applied to a dry electrolytic capacitor in addition to a wet electrolytic capacitor.
１，１Ａ 湿式電解コンデンサ（電解コンデンサ）
２，２１ セル
３，２２ 集電体
４，２３ 陰極板
８，２９ 多孔質陽極体（陽極）
９，３２ 活性炭層（陰極）
１１，３３ セパレータ
１５，３４ ニオブ箔
１６，３５ 凹部
１７，３６ ニオブ多孔質体
1,1A Wet electrolytic capacitor (electrolytic capacitor)
2,21
9,32 Activated carbon layer (cathode)
11, 33
Claims (10)
前記陽極は、凹部が形成された金属箔と、前記凹部内に形成された金属多孔質体とを有してなり、前記金属多孔質体は、前記凹部に充填された金属粉体が焼結処理されて形成されていることを特徴とする電解コンデンサ。 An electrolytic capacitor comprising an anode and a cathode arranged opposite to each other via an ion-permeable separator impregnated with an electrolyte solution,
The anode includes a metal foil having a recess and a metal porous body formed in the recess, and the metal porous body is sintered with a metal powder filled in the recess. An electrolytic capacitor characterized by being formed by processing.
凹部が形成された金属箔を用意し、金属粉体を含む金属ペーストを前記凹部に充填した後、前記金属ペーストを焼結処理して、前記凹部内に金属多孔質体を形成して、前記陽極を作製することを特徴とする電解コンデンサの製造方法。 An electrolytic capacitor manufacturing method for assembling an electrolytic capacitor by placing an anode and a cathode facing each other through an ion-permeable separator impregnated with an electrolyte solution,
Preparing a metal foil having a recess, filling the recess with a metal paste containing metal powder, sintering the metal paste, forming a metal porous body in the recess, A method for producing an electrolytic capacitor, comprising producing an anode.
9. The method of manufacturing an electrolytic capacitor according to claim 6, 7 or 8, wherein the recess is formed on one side of the metal foil by embossing.
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