JP4167760B2 - 電解コンデンサの駆動用電解液 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐電圧を改善した電解コンデンサの駆動用電解液(以下、電解液と称す)電解液に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エチレングリコールを主成分とする溶媒に、高級二塩基酸またはそのアンモニウム塩、及びホウ酸またはホウ酸アンモニウムを溶解した電解液はホウ酸、及び高級二塩基酸が、マンニトール、ソルビトール等の多価アルコール類とエステル化合物を形成し耐電圧が向上する。さらに合成高分子であるポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡと略す）、ポリエチレングリコール（以下ＰＥＧと略す）を添加すると、電解液の耐電圧を一層向上できることが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＰＥＧを添加すると、電解液の耐電圧は向上するが、比抵抗の上昇を伴う。ＰＶＡは３次元網目構造を有し、電解液中のイオンの移動を妨げないことから比抵抗を上昇させることなく耐電圧を向上できるが、エチレングリコールに対する溶解性が乏しく、少量しか添加できないことから、大幅な耐電圧の向上ができない。また、調合時の加熱、製品中の発熱等により熱分解したラジカル種がＰＶＡの主鎖切断を引き起こし、ＰＶＡの分子量低下による電解液の耐電圧低下が生ずる問題があった。
本発明は上記の欠点を改善し、電解液の比抵抗の上昇を抑制しつつ、長期間にわたり耐電圧を維持しうる電解液を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するために、各種検討した結果、見出されたものである。ＰＶＡ−ＰＥＧグラフト化合物はＰＶＡが主鎖であることから、３次元網目構造を有し、比抵抗を上昇させることなく、耐電圧を上昇できることに加え、ＰＶＡにグラフトしたＰＥＧがエチレングリコールとの相溶性が高いため、ＰＶＡ単独よりもエチレングリコールに対する溶解性が上昇し、かつ、グラフトしたＰＥＧの立体障害により、ラジカル種が起こすＰＶＡの主鎖切断を抑制できることから、耐電圧の低下が生じにくくなることに着目し、その特性を駆動用電解液に適用させることにより課題の解決を図った。すなわち、エチレングリコールを主成分とする溶媒に、高級二塩基酸またはそのアンモニウム塩、およびホウ酸またはそのアンモニウム塩を溶解してなる電解コンデンサの駆動用電解液に、ポリビニルアルコール：ポリエチレングリコール＝１：１〜２０：１の重量比で、ポリビニルアルコールの重合度（ｎ）が２００〜１５００であり、ポリエチレングリコールの重合度（ｍ）が４〜８００であるポリビニルアルコール−ポリエチレングリコールグラフト化合物（化１）を０．１〜１０．０ｗｔ％添加することを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液である。
【０００５】
【化２】

【０００９】
【発明の実施の形態】
ＰＶＡ−ＰＥＧグラフト化合物は、化２のような構造を有し、電解液中においてはポリビニルアルコールと同様に３次元網目構造を形成することから、電解液の比抵抗上昇を伴わずに耐電圧を向上させることが可能である。グラフトしたＰＥＧはエチレングリコールに対する溶解性が高いことから、ポリビニルアルコール単独よりも溶解性が向上し、さらに電解液中において高分子鎖が伸張した形で存在するため、高分子の持つ耐電圧向上の効果が十分に現れる。また、ＰＶＡにグラフトしたＰＥＧの立体障害により、ラジカル種によるＰＶＡの主鎖切断を抑制できるため、初期における電解液の耐電圧を長期にわたって維持することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、実施例の具体的内容について説明する。
溶媒には、エチレングリコール、溶質にホウ酸、高級二塩基酸としてアゼライン酸を用いた。添加剤としてはマンニトール、オルトリン酸を用いた。そして耐電圧向上を目的としてＰＶＡ−ＰＥＧグラフト化合物、ＰＶＡ、ＰＥＧを添加した。ｐＨ調整剤としてアンモニア水を用いた。表１に電解液の組成、３０℃の比抵抗、８５℃の火花発生電圧（以下、火花電圧と称す）の測定結果を示した。
【００１１】
【表１】

【００１２】
マンニトールを添加すると、従来例、比較例１、比較例２に示すように、火花電圧は上昇するが、火花電圧４１０Ｖのときには比抵抗が６６０Ω・ｃｍ、火花電圧４２５Ｖのときは比抵抗が７３５Ω・ｃｍまで上昇する。
【００１３】
次にポリビニルアルコールは、比較例３〜５に示すように、火花電圧４３０Ｖで比抵抗の上昇は６１０・Ω・ｃｍに抑えられるが、火花電圧の向上を目的として添加量を ５.０ｗｔ%に増加させると完全に溶解することができなかった。
【００１４】
そして、ポリエチレングリコールは、比較例６〜８に示すように、添加量の増加に伴って火花発生電圧は上昇するが、比抵抗上昇はＰＶＡよりも大きく、火花電圧４３０Ｖに対して比抵抗６３５Ω・ｃｍ、４４０Ｖに対して６９５Ω・ｃｍまで上昇した。
【００１５】
そこで、実施例１〜４に示すようにＰＶＡ-ＰＥＧグラフト化合物を添加すると火花電圧が４３０Ｖの場合でも比抵抗は６１０Ω・ｃｍに抑えられ、１０.０ｗｔ％添加しても完全に溶解可能で、比抵抗６２０Ω・ｃｍで火花電圧は４４５Ｖまで上昇させることができた。
【００１６】
尚、このときＰＶＡ−ＰＥＧグラフト化合物の添加量が ０.１ｗｔ％未満では耐電圧向上の効果がなく、１０.０ｗｔ％を超える場合では完全に溶解することができないため不適である。また、重量比においてＰＶＡ−ＰＥＧ値が１を下回ると、ＰＥＧの特性が強く現れ、比抵抗の上昇が顕著になり、不適である。また、ＰＶＡ／ＰＥＧ値が２０を超えると、溶解性が低下するため不適である。さらに、ＰＶＡの重合度が２００未満、もしくはＰＥＧの重合度が４未満の場合、耐電圧向上の効果がなく、ＰＶＡの重合度が１５００、もしくはＰＥＧの重合度が８００を超える場合、完全に溶解することができないため不適である。
【００１７】
【発明の効果】
上記のとおり、ＰＶＡ−ＰＥＧグラフト化合物はエチレングリコールを主体とした電解液に容易に溶解させることが可能であり、比抵抗を上昇させずに耐電圧の改善を図ることができる。

Claims (1)

1. エチレングリコールを主成分とする溶媒に、高級二塩基酸またはそのアンモニウム塩、およびホウ酸またはそのアンモニウム塩を溶解してなる電解コンデンサの駆動用電解液に、
   ポリビニルアルコール：ポリエチレングリコール＝１：１〜２０：１の重量比で、
   ポリビニルアルコールの重合度（ｎ）が２００〜１５００であり、ポリエチレングリコールの重合度（ｍ）が４〜８００であるポリビニルアルコール−ポリエチレングリコールグラフト化合物（化１）を０．１〜１０．０ｗｔ％添加することを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。