JP3221013B2 - 電解コンデンサ用電解液 - Google Patents

電解コンデンサ用電解液

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電解コンデンサ用電解
液の改良に関し、更に詳しくは、無機酸化物のコロイド
を電解液に分散させることにより、電解コンデンサの他
の諸特性には悪影響を及ぼさず耐電圧を顕著に向上させ
る電解コンデンサ用電解液に関する。
【0002】
【従来の技術】電解コンデンサは、小形、大容量、安価
で整流出力の平滑化等に優れた特性を示し、各種電気・
電子機器の重要な構成要素の1つであり、一般に、表面
を電解酸化によって酸化皮膜に変えたアルミニウムフィ
ルムを陽極とし、この酸化皮膜を誘電体として集電陰極
との間に電解液を介在させて作製される。使用中は常に
酸化皮膜を再生しているため安定であるが、例えば長期
間使用しないと再生が不十分となり劣化する。
【0003】電解コンデンサは化学反応を行わせながら
使用するため、その特性は電解液の性質に大きく依存す
る。表面を酸化皮膜としたアルミニウム電極と電解液と
の間で起る化学反応の定常状態を維持し、誘電体とする
アルミニウム酸化皮膜を良好に保持することが性能の安
定化に重要であり、使用法を誤って例えば過剰の高電圧
負荷等により化学的定常状態が乱れると、アルミニウム
酸化皮膜が破壊されやがては絶縁が破れるに至る。
【0004】コンデンサの負荷電圧が上昇し高電圧負荷
による誘電体の物性変化が進行し時間的な誘電率の変化
が生じる結果電気化学的状態が動揺する現象をシンチレ
ーションというが、このような現象が認められる電圧を
シンチレーション電圧(火花電圧)としてコンデンサの
耐電圧性の尺度とすることができ、シンチレーション電
圧(火花電圧)が高い程コンデンサの耐電圧性が大きい
ことを示す。これは簡便には、適当な大きさの未化成ア
ルミニウム箔を測定しようとする電解液に浸した状態
で、最終コンデンサ製品まで組み上げることなく測定す
ることができる。
【0005】従来より、耐電圧を向上させるためには、
ホウ酸、マンニット、シリコンオイル、ポリビニルアル
コールまたはこれらを混合したものが用いられてきた。
また、これら以外にも種々の添加物を添加することによ
り電解コンデンサ用電解液を改良して高耐電圧性を得る
試みがなされている。
【0006】高耐電圧性を得るための添加剤としては、
例えば、スルファミン酸の添加(特開昭49−8296
3号)、スベリン酸の添加(特開昭49−133860
号)、リン酸ドデシルの添加(特開昭49−73659
号)、アルキルリン酸の添加(特開昭52−15315
4号)、ジ亜リン酸の添加(特開昭57−141913
号)、ホウ酸−マンニット系の使用(特開昭57−60
829号)、ホウ酸−マンニット−ポリビニルアルコー
ル系の使用(特開昭59−177915号)等が提案さ
れているが、コンデンサの他の諸特性に悪影響を及ぼさ
ず耐電圧の向上を図ることは必ずしも十分には望めなか
った。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、無機酸化物
のコロイドを電解液に分散させることにより、電解コン
デンサの他の諸特性には悪影響を及ぼさず耐電圧を顕著
に向上させる電解コンデンサ用電解液を提供することを
目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、弁作用
金属の陽極酸化皮膜を誘電体とし、電解液を介して陰極
を取り出す電解コンデンサに使用する電解コンデンサ駆
動用電解液であって、二酸化ケイ素の含水物を分散溶媒
中に分散させた分散体を加えた、非プロトン性極性溶媒
を主溶媒とする電解コンデンサ用電解液が提供される。
【0009】分散溶媒が、水、エチレングリコール、
N,N−ジメチルホルムアミド、メタノールおよびγ−
ブチロラクトンよりなる群から選択されるものであれば
好適である。
【0010】本発明による電解コンデンサ用電解液は、
アルミニウム電解コンデンサ駆動用の電解液として、有
機極性溶媒を主溶媒とし、有機酸もしくは無機酸または
その塩を溶質とすれば好適である。
【0011】電解液の有機極性溶媒に単独または組合せ
て使用し得る非プロトン性極性溶媒の具体例として次の
ような溶媒を例示することができる: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、
並びにヘキサメチルホスホリックアミド等のアミド系溶
媒、γ−ブチロラクトン、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のラクトン、環状アミド系
溶媒、トリエチルアミン等の脂肪族アミン系溶媒、アセ
トニトリル等のニトリル系溶媒、ジメチルスルホキシド
等のオキシド系溶媒、
【0012】なお、下記のようなプロトン性極性溶媒を
補助的に使用して混合溶媒としてもよい: プロトン性極性溶媒 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、並びにベンジルアルコール
等の1価アルコール類、エチレングリコール、プロピレ
ングリコール、グリセリン、メトキシエタノール、エト
キシエタノール、メトキシプロピレングリコール、並び
にジメトキシプロパノール等の多価アルコールおよびア
ルコールエーテル類、
【0013】有機酸もしくは無機酸またはその塩たる電
解液の電解質に単独または組合せて使用し得る電解質の
具体例として次のような電解質を例示することができ
る:有機酸 ギ酸、酢酸、プロピオン酸、エナント酸等の脂肪族モノ
カルボン酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピ
ン酸、メチルマロン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼ
ライン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸、マレイン
酸、シトラコン酸、並びにイタコン酸等の脂肪族ジカル
ボン酸、安息香酸、フタル酸、サリチル酸、トルイル
酸、並びにピロメリト酸等の芳香族カルボン酸、無機酸 ホウ酸、リン酸、ケイ酸、HBF、HPF等の無機
酸、アンモニウム アンモニウム(NH )、メチルアンモニウム、エチ
ルアンモニウム、並びにプロピルアンモニウム等のモノ
アルキルアンモニウム、ジメチルアンモニウム、ジエチ
ルアンモニウム、エチルメチルアンモニウム、並びにジ
ブチルアンモニウム等のジアルキルアンモニウム、トリ
メチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、並びに
トリブチルアンモニウム等のトリアルキルアンモニウ
ム、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、トリブチルアンモニウム、テトラエチルアン
モニウム、並びにN,N−ジメチルピロリジニウム等の
第4級アンモニウム、その他 ホスホニウムおよびアルソニウム、その他マンニット等
も使用することができる。
【0014】本発明の電解コンデンサ用電解液にあって
は、分散溶媒として用いることができる溶媒としては、
二酸化ケイ素の含水物が分散でき得るものであり、電解
液として他の特性を損なわないものであれば任意に選択
することができる。上記したような、電解液の溶媒とし
て用いられる水を含めたプロトン性極性溶媒、非プロト
ン性極性溶媒などが適しており、この中でも特に水、エ
チレングリコール、N,N−ジメチルホルムアルデヒ
ド、メタノールおよびγ−ブチロラクトンなどは好適な
ものである。
【0015】このような溶質−溶媒系からなる電解液に
対し、好ましくは前記した二酸化ケイ素の含水物を分散
溶媒中に分散させた分散体を0.1〜5重量部、更に好
ましくは1〜3重量部添加することにより、顕著な耐電
圧性の向上を実現することができる。
【0016】
【作用】前記したように、電解コンデンサは化学反応を
行わせながら使用するため、その特性は電解液の性質に
大きく依存する。表面を酸化皮膜としたアルミニウム電
極と電解液との間で起る化学反応の定常状態を維持し、
誘電体とするアルミニウム酸化皮膜を良好に保持するこ
とが性能の安定化に重要である。
【0017】なお、エチレングリコールを主体とする電
解コンデンサ駆動用電解液に、本願発明で使用した二酸
化ケイ素の含水物を分散溶媒中に分散させた分散体を加
えた場合も耐電圧を向上させることができるが、一般的
にエチレングリコールを主溶媒とする電解コンデンサ駆
動用電解液は非プロトン性極性溶媒を主溶媒とするもの
に比較して熱安定性に欠けると言われており、長時間に
わたる使用において期待する効果が得られないおそれが
あるため、エチレングリコールは補助的な溶媒として用
いることが望ましい。
【0018】本発明は電解液中に、二酸化ケイ素の含水
物を分散溶媒中に分散させた分散体を加えることを特徴
とする。このコロイドは10〜20mμの大きさを有す
るSiOが水和していて(SiO・xHO、x=
1〜10)、その重合粒子は電解液中の陽イオンを安定
剤として存在している。
【0019】このような電解液を素子に含浸すると、負
に帯電した無定形のシリカ粒子が酸化アルミニウム表面
に容易に絶縁層を形成する。この絶縁層は、コンデンサ
の耐電圧向上に効果的に作用するが、他の諸特性には悪
影響を及ぼさない。
【0020】このような作用により、本発明による電解
コンデンサ用電解液は、電解コンデンサの陽極、陰極、
アルミニウム酸化皮膜誘電体並びに電解液から構成され
る電気化学的反応系の化学的定常状態の安定化に顕著な
寄与をしているものと推定される。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、無機酸化物のコロイド
を電解液に分散させることにより、電解コンデンサの他
の諸特性には悪影響を及ぼさず耐電圧を顕著に向上させ
る電解コンデンサ用電解液が提供される。
【0022】
【実施例】以下に実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるもので
はない。
【0023】実施例1−1〜1−5および比較例1−1
〜1−5次の成分からなる電解コンデンサ用電解液を用
い、各種溶媒を分散溶媒とした二酸化ケイ素の含水物を
所定濃度で分散させた。各成分の添加量を重量%で示
す。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】これらの電解液を用いて、常法により電解
コンデンサを作製した。電解液のpH、比抵抗並びに火
花電圧を次に示す。
【0027】
【表3】
【0028】実施例2−1〜2−5および比較例2−1〜2−5 次の成分からなる電解コンデンサ用電解液を用い、各種
溶媒を分散溶媒とした二酸化ケイ素の含水物を所定濃度
で分散させた。各成分の添加量を重量%で示す。
【0029】
【表4】
【0030】
【表5】
【0031】これらの電解液を用いて、常法により電解
コンデンサを作製した。電解液のpH、比抵抗並びに火
花電圧を次に示す。
【0032】
【表6】
【0033】以上の結果から、本発明による電解コンデ
ンサ用電解液は、電解コンデンサの他の諸特性には悪影
響を及ぼさず耐電圧を顕著に向上させるものであること
が分る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐原 将彦 東京都青梅市東青梅一丁目167番地の1 日本ケミコン株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−266711(JP,A) 特開 昭62−222621(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 9/035

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弁作用金属の陽極酸化皮膜を誘電体と
    し、電解液を介して陰極を取り出す電解コンデンサに使
    用する電解コンデンサ駆動用電解液であって、二酸化ケ
    イ素の含水物を分散溶媒中に分散させた分散体を加え
    た、非プロトン性極性溶媒を主溶媒とする電解コンデン
    サ用電解液。
  2. 【請求項2】 分散溶媒が、水、エチレングリコール、
    N,N−ジメチルホルムアミド、メタノールおよびγ−
    ブチロラクトンよりなる群から選択される請求項1記載
    の電解コンデンサ用電解液。
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