JP2006186217A - アルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液 - Google Patents

Abstract

【課題】多大な手間をかけずに、コンデンサ内での腐食を確実に防止可能なアルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液を提供する。
【解決手段】エチレングリコールを主成分とする溶媒に、安息香酸、ギ酸、１，６−デカンジカルボン酸、セバシン酸等のカルボン酸、またはそのアンモニウムあるいはジエチルアミン等の塩と、以下の化学式で示す、０．５〜５．０ｗｔ％のポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルとを配合する。
【化１】

【選択図】 なし

Description

本発明は、アルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液（以下、電解液と称す）に関するものである。

アルミニウム電解コンデンサは、陽極箔、陰極箔、および電解紙を巻回して得られる素子に電解液を含浸したものをケースに収納し、かつ、ケースの開口部を封口板で封止した構造からなる。
上記電解液は、例えば、エチレングリコール等の溶媒にカルボン酸またはそのアンモニウム塩や、ホウ酸またはそのアンモニウム塩を溶質として配合し、さらに、必要に応じて、マンニトール等の多価アルコール類を配合することもある。
ここで、多価アルコール類は、カルボン酸やホウ酸とエステル化合物を形成し、その構造上の特性により電解液の耐電圧が向上するとされている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特公平７−４８４５９号公報（第１−４頁） 特公平７−４８４６０号公報（第１−３頁） 特公平７−６３０４７号公報（第１−４頁）

しかしながら、アルミニウム電解コンデンサでは、それを基板に実装する際に用いたはんだフラックス、基板洗浄に用いた洗浄剤、あるいは封口板を構成する樹脂部分やゴム部分などが含有するイオン成分がコンデンサ内に侵入することがある。
このような状態で、アルミニウム電解コンデンサに高温雰囲気中で長時間の通電を行うと、素子から引き出されたリード板と、封口板に固定されている端子の内側部分との加締めによる接続部分、またはその近傍のアルミニウム部分に電気化学的な腐食が発生し、断線するという問題がある。

このような腐食の発生を防止する方法として、接続部分やその周辺をシリコーン樹脂などで完全に被覆する構造が考えられるが、このような構造では、シリコーン樹脂を塗布するのに多大な手間がかかるため、生産性が低下するという問題点がある。また、シリコーン樹脂の塗布量が少なかったり、塗布位置がずれると腐食断線を確実に防止できないという問題点もある。

以上の問題に鑑みて、本発明の課題は、多大な手間をかけずに、コンデンサ内での腐食を確実に防止できるアルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液を提供することにある。

上記課題を解決するために各種検討を行った結果、電解液にポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルを配合すると、素子から引き出されたリード板と封口板に固定されている端子の内側部分との加締めによる接続部分、またはその近傍での腐食を防止できるという新たな知見が得られ、本発明は、かかる知見に基づいて成されたものである。
すなわち、本発明のアルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液では、エチレングリコールを主成分とする溶媒に、少なくとも、カルボン酸またはその塩と、以下の化学式で示すポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルとを配合したことを特徴とする。

但し、化１において、ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３は、４〜１５の整数であって、オキシエチレン基の数を示しており、Ｒは、炭素数１２〜１８のアルキル基またはアルキレン基を示す。ここで、ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３は同一の数であってもよいし、相違する数であってもよい。

本発明において、ポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルの配合量が、電解液全体に対して、０．５〜５．０ｗｔ％までの範囲であることが好ましい。ポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルの配合量が多いほど、腐食の防止に効果的があるが、５．０ｗｔ％を超えると、電解液の耐電圧が低下する傾向にある。これに対して、０．５ｗｔ％未満では、１１５℃という高温条件下において腐食を確実に防止することができない。

本発明において用いるカルボン酸の例としては、ギ酸、酢酸、ラウリン酸、ステアリン酸、デカン酸、安息香酸、サリチル酸、マレイン酸、フタル酸、フマル酸、コハク酸、グルタル酸、アゼライン酸、セバシン酸、２−メチルアゼライン酸、１．６−デカンジカルボン酸、５．６−デカンジカルボン酸、７−ビニルヘキサデセン−１．１６−ジカルボン酸等が挙げられる。

カルボン酸の塩としては、アンモニウム塩の他、メチルアミン、エチルアミン、ｔ−ブチルアミン等の一級アミン塩、ジメチルアミン、エチルメチルアミン、ジエチルアミン等の二級アミン塩、トリメチルアミン、ジエチルメチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエチルアミン等の三級アミン塩、テトラメチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム等の四級アンモニウム塩、イミダゾリニウム塩等の溶融塩等を例示することができる。

そして、エチレングリコールに混合する副溶媒としては、水の他、プロピレングリコール等のグリコール類、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のラクトン類、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のアミド類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、イソブチレンカーボネート等の炭酸類、アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルスルホキシド等のオキシド類、エーテル類、ケトン類、エステル類、スルホラン、スルホラン誘導体を例示することができる。これらの溶媒は一種類だけでなく、二種類以上を混合して使用することができる。

さらに、上記のカルボン酸とその塩、溶媒の他、漏れ電流の低減、耐電圧向上、ガス吸収等の目的で種々の添加剤を加えることができる。添加剤の例として、リン酸化合物、ホウ酸化合物、多価アルコール類、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールのランダム共重合体及びブロック共重合体に代表される高分子化合物、ニトロ化合物等が挙げられる。

本発明に係る電解液では、ポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルを配合したので、素子から引き出されたリード板（アルミニウム部分）と封口板に固定されている端子の内側部分（アルミニウム部分）との加締めなどによる接続部分、あるいはその近傍での腐食を防止でき、アルミニウム電解コンデンサの信頼性を向上することができる。
また、本発明では、電解液の組成によって腐食を防止するため、アルミニウム電解コンデンサの生産性を低下させることもない。

本発明に係るアルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液では、エチレングリコールを主成分とする溶媒に、少なくとも、カルボン酸またはその塩と、以下の化学式で示すポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルとが配合されている。

但し、化１において、ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３は、４〜１５の整数であって、オキシエチレン基の数を示しており、Ｒは、炭素数１２〜１８のアルキル基またはアルキレン基を示す。

本発明において、ポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルの配合量は、電解液全体に対して、０．５〜５．０ｗｔ％までの範囲であることが好ましい。

このような組成の電解液において、ポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルはカルボニル基を有する化合物であり、かかる電解液をアルミニウム電解コンデンサに用いると、素子から引き出されたリード板（アルミニウム部分）と封口板に固定されている端子の内側部分（アルミニウム部分）との加締めなどによる接続部分、またはその近傍での腐食が防止される。
その理由は、ポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルが、そのカルボニル基によって、素子から引き出されたリード板と封口板に固定されている端子の内側部分との加締めによる接続部分またはその近傍等、アルミニウム部分に対して、優先的に吸着して表面上に保護皮膜を形成し、塩素などのイオン成分の攻撃から、アルミニウム部分を防護し、腐食断線を防止するためと考えられる。
また、ポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルは、オキシエチレン基を有する構造であるため、エチレングリコール等の溶媒に溶解しやすいという利点もある。

以下、実施例に基づき、本発明をより具体的に説明する。
まず、表１に示す組成で電解液を調合した後、３０℃における電解液の比抵抗と８５℃における火花発生電圧（電解液の耐電圧）を測定した。その結果を表１に示す。

次に、表１に示す組成の電解液をコンデンサ素子に含浸し、直径３５．０ｍｍ、長さ５０．０ｍｍ、定格電圧４５０Ｖ、静電容量４７０μＦの６０型アルミニウム電解コンデンサを各１００個作成した。この６９型アルミニウム電解コンデンサでは、ケースの開口部を封口板で封止した構成を備えており、素子から引き出されたリード板と封口板に固定されている端子の内側部分とが加締めにより接続された構造を備えている。

そして、上記の試料のうち、５０個を１０５℃の恒温槽中で５０００時間定格電圧を印加、残りの５０個を１１５℃の恒温槽中で５０００時間定格電圧を印加した。５０００時間が経過した後、アルミニウム電解コンデンサを分解し、素子から引き出されたリード板と封口板に固定されている端子の内側部分との加締めなどによる接続部分、あるいはその近傍など、アルミニウム部分に対する腐食、および腐食断線の発生状況を確認した。その結果を表２に示す。

表２から明らかなように、ポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルを配合した実施例１〜１０では、従来例と違って、１０５℃という高温条件下において、加締めなどによる接続部分あるいはその近傍で腐食および腐食断線が発生しなかった。

また、実施例１〜１０のうち、実施例２〜１０では、１１５℃という高温条件下においても、加締めなどによる接続部分あるいはその近傍での腐食および腐食断線が発生しなかった。

このように本発明の実施例１〜１０に係る電解液を用いれば、アルミウム電解コンデンサの腐食を防止できる。ここで、ポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルの配合量は多いほど、腐食の防止に効果的があるが、５．０ｗｔ％を超えると、表１に示すように、電解液の耐電圧が低下する傾向にある（実施例６）。また、０．５ｗｔ％未満では、１１５℃という高温条件下において腐食を確実に防止することができない（実施例１）。よって、ポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルの溶解量は０．５〜５．０ｗｔ％の範囲が好ましい。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、先に例示した各種溶質を単独または複数溶解した電解液や、上述した添加剤を加えた電解液、副溶媒を混合した電解液でも上記実施例と同等の効果があった。

Claims (2)

1. エチレングリコールを主成分とする溶媒に、少なくとも、カルボン酸またはその塩と、以下の化学式で示すポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルとを配合したことを特徴とするアルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液。
   

   

   ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３：４〜１５のオキシエチレン基の数
   Ｒ：炭素数１２〜１８のアルキル基またはアルキレン基
2. 請求項１において、ポリエチレングリコールソルビタンエステルエーテルの配合量が、電解液全体に対して、０．５〜５．０ｗｔ％の範囲であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサの駆動用電解液。