JP4441400B2 - 電解コンデンサの駆動用電解液 - Google Patents

Description

本発明は、電解コンデンサの駆動用電解液（以下、電解液と称す）に関するものであり、特にエチレングリコールを主成分とする電解液における耐電圧向上技術に関するものである。

アルミニウム電解コンデンサの電解液としては、エチレングリコールを主成分とする溶媒に、カルボン酸やホウ酸、またはそれらのアンモニウム塩を配合し、さらにポリエチレングリコールや、ポリビニルアルコール等の合成高分子を添加し、耐電圧を向上させた電解液が提案されている（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、平均分子量が１０００未満の比較的重合度の低いポリエチレングリコールは、エチレングリコールを主成分とする溶媒への溶解度は高いが、耐電圧向上効果が低い。このため、多量に配合する必要があるので、電解液の比抵抗が高くなるという問題点がある。
これに対して、平均分子量が１０００以上のポリエチレングリコールは、耐電圧向上効果は高いが、エチレングリコールを主成分とする溶媒に対する溶解性が低いため、電解液の調製に長時間を要するという問題点がある。

また、ポリビニルアルコールも耐電圧向上効果を有するが、エチレングリコールを主成分とする溶媒に対して溶解性が非常に低いため、ごく少量しか添加できず、電解液の耐電圧を十分に高めることが困難である。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、エチレングリコールを主成分とする溶媒に対する溶解性に優れ、かつ、耐電圧の向上を図ることのできる組成を備えた電解液を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため各種検討した結果、見出されたものであり、耐電圧向上に効果が高いポリビニル骨格にメチルケトン基が結合したポリビニルメチルケトンを電解液に用いることで、エチレングリコールを主成分とする溶媒に対する溶解性を高め、かつ、耐電圧の向上を図ろうとするものである。

すなわち、本発明の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、ホウ酸またはそのアンモニウム塩と、以下の化学式で示されるポリビニルメチルケトンとを配合したことを特徴とする。

本発明において、ポリビニルメチルケトンの平均分子量は、８００〜１７００であることが好ましい。ポリビニルメチルケトンの平均分子量は、８００未満のときには、耐電圧向上効果が十分でなく、平均分子量が１７００を超えると、比抵抗が高くなって低比抵抗用途に不適となる傾向にある。

本発明において、ポリビニルメチルケトンの配合量は、電解液全体に対して０．１〜５．０重量％であることが好ましい。ポリビニルメチルケトンの配合量は、０．１重量％未満では耐電圧向上効果が十分でなく、５．０重量％を超えると、比抵抗が高くなって低比抵抗用途に不適となる傾向にある。

本発明において、カルボン酸としては、アゼライン酸、セバシン酸、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−ジカルボン酸等を例示することができる。

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ニ級アミン塩、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等を例示することができる。

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、エステル類等を例示することができる。

本発明に係る電解液では、ポリビニルメチルケトンがエチレングリコールを主成分とする溶媒に対する溶解性に優れているので、電解液の調製を効率よく行うことができ、かつ、電解液の耐電圧を向上することができる。

本発明に係る電解液は、エチレングリコールを主成分とする溶媒に、少なくとも、アゼライン酸やアジピン酸等のカルボン酸またはその塩と、ホウ酸またはそのアンモニウム塩と、以下の化学式で示されるポリビニルメチルケトンとを配合したものであり、後述するように、電解液の調製を効率よく行うことができ、かつ、電解液の耐電圧を向上することができる。
ここで、ポリビニルメチルケトンの平均分子量は、８００〜１７００であることが好ましく、ポリビニルメチルケトンの配合量は、電解液全体に対して０．１〜５．０重量％であることが好ましい。
なお、本発明による電解液には、火花発生電圧安定化のために、マンニトール、ソルビトール等の多価アルコールや、リン酸またはその塩等の無機酸類を溶解してもよい。

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、８５℃における火花発生電圧（耐電圧）を測定した。その結果を表１に示す。
なお、表１中、「耐圧向上剤：ＰＥＧ」はポリエチレングリコールを表し、「耐圧向上剤：ＰＶＡ」はポリビニルアルコールを表し、「耐圧向上剤：ＰＶＭＫ」はポリビニルメチルケトンを表す。
また、表１中、「＃」に続く数字は、耐圧向上剤として用いた成分の平均分子量を表す。

表１から分かるように、ポリビニルメチルケトンを配合した実施例１〜１４に係る電解液は、ポリエチレングリコールまたはポリビニルアルコールを配合した従来例１〜５に係る電解液と比較して、比抵抗が同等のもの、耐電圧が高いものが見出せる。
また、ポリビニルメチルケトンは、ポリエチレングリコールやポリビニルアルコールと比較して電解液に対する溶解性が高いので、より多量に配合することができ、十分なレベルにまで耐電圧を高めることができ、また、電解液に対する溶解性が高いことから、実施例１〜１４に係る電解液の調製を比較的短時間で行えるという利点がある。

なお、ポリビニルメチルケトンの配合量は、０．１重量％未満、例えば０．０５重量％のときには、実施例１に示すように、耐電圧向上効果が十分でなく、５．０重量％を超えると、例えば、７．０重量％のときには、実施例６に示すように、比抵抗が高くなって低比抵抗用途に不適となる傾向にある。それ故、ポリビニルメチルケトンの配合量は、０．１〜５．０重量％の範囲が好ましい。

また、ポリビニルメチルケトンの平均分子量は、８００未満、例えば４００のときには、実施例７に示すように、耐電圧向上効果が十分でなく、平均分子量が１７００を超えると、例えば、３０００のときには、実施例１２に示すように、比抵抗が高くなって低比抵抗用途に不適となる傾向にある。それ故、ポリビニルメチルケトンの平均分子量は、８００〜１７００の範囲が好ましい。

なお、ポリビニルメチルケトンを配合した効果は、実施例に限定されるものではなく、先に記載した各種化合物を単独または複数配合した電解液に用いても実施例と同等の効果があった。

Claims (3)

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、ホウ酸またはそのアンモニウム塩と、以下の化学式で示されるポリビニルメチルケトンとを配合したことを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。
   

   
2. 請求項１において、ポリビニルメチルケトンの平均分子量が、８００〜１７００であることを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。
3. 請求項１または請求項２において、ポリビニルメチルケトンの配合量が、電解液全体に対して０．１〜５．０重量％であることを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。