JPH0574664A - 電解コンデンサおよび電解コンデンサ用電極箔の製造方法 - Google Patents

電解コンデンサおよび電解コンデンサ用電極箔の製造方法

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JPH0574664A
JPH0574664A JP26292391A JP26292391A JPH0574664A JP H0574664 A JPH0574664 A JP H0574664A JP 26292391 A JP26292391 A JP 26292391A JP 26292391 A JP26292391 A JP 26292391A JP H0574664 A JPH0574664 A JP H0574664A
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thin film
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JP26292391A
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Kazuyuki Adachi
和幸 安達
Mitsuru Mochizuki
充 望月
Manabu Kazuhara
学 数原
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Elna Co Ltd
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Elna Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】チタン蒸着箔の静電容量の低下を防止する。 【構成】チタン蒸着箔を無機酸にて表面処理し、しかる
後に熱処理を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基材表面に蒸着皮膜を
形成した電解コンデンサ用電極箔の製造方法および同電
極箔を使用した電解コンデンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】アルミニウムなどの弁作用金属の陽極箔
と陰極箔をセパレータを介在させて巻回してコンデンサ
素子とした電解コンデンサは、一般にコンデンサ素子に
駆動用電解液を含浸し、アルミニウムなどの金属製ケー
スや合成樹脂製のケースにコンデンサ素子を収納し、密
閉した構造を有する。
【0003】このような電解コンデンサの駆動用電解液
としては従来、エチレングリコールやγ−ブチロラクト
ンなどの極性有機溶媒の単体あるいはその混合物を主溶
媒とし、これにカルボン酸またはその塩を溶質とし、ま
た必要により糖類、水分、リン酸などを添加剤として溶
解した電解液が一般に使用されている。
【0004】また、電解コンデンサの静電容量を高める
ために、電極材料の基材であるアルミニウム箔の表面積
を化学的にあるいは電気化学的にエッチングにより拡大
することが行なわれているが、エッチングが過度になる
とアルミニウム箔表面の溶解が同時に進行して却って拡
面率の増大を妨げることなどの理由から、エッチング技
術による電極材料の静電容量の増大化には限界があっ
た。このような問題点を解決するために、弁作用金属で
あるアルミニウム箔を基材とし該基材表面を粗面化した
後に、この基材表面に蒸着法により蒸着皮膜を形成した
電極材料を陰極として使用することも特開昭61−18
0420号、特開昭61−214420号、特開昭62
−58609号、特開昭62−15813号、特開昭6
4−33918号、特開昭63−100711号、特開
平1−304720号公報などにより知られている。
【0005】予め基材表面に物理的、化学的または電気
化学的に微細な凹凸を形成すると、蒸着箔の静電容量を
増加させる効果が認められる場合があるが、このような
加工は基材の強度、伸度を著しく損ない、また凹凸加工
工程を必要とするのでコスト面で不利な選択を強いられ
ていた。
【0006】また、蒸着方法について種々の提案が特開
昭56−29669号、特開昭64−33915号、特
開昭64−33918号公報などにより知られている。
即ち、蒸着角度を付けたり、基材を冷却しつつ蒸着する
ことによりチタンを柱状に形成させ、静電容量の発現を
達成することが知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、蒸着後のチ
タン皮膜は不安定であり、例えば大気中では箔の静電容
量の低下を招いたり、コンデンサ製品の静電容量の経時
変化が大きいという問題点があった。このような問題点
を解決するために蒸着皮膜を形成した後に、所定の温度
で熱処理を行なうことも特開平2−17623号公報に
より知られているが未だ不充分であった。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明者らは種々の実験および検討を行なっ
た結果、アルミニウム箔基材上にチタン薄膜および/ま
たは窒化チタン薄膜を蒸着して形成した後に、これを無
機酸にて表面処理し、所定の温度で熱処理を行なうと、
静電容量の変化が少ない良好な電解コンデンサ用電極箔
を得ることができることを見い出した。無機酸はリン
酸、硝酸、塩酸、硫酸、ホウ酸またはそれらの混合水溶
液が例示される。無機酸による表面処理としては、無機
酸の水溶液中にチタン蒸着箔を浸漬して処理するのが好
ましい。また、熱処理は大気中または不活性ガスの雰囲
気中の常圧下または減圧下において、加熱して処理する
のが好ましい。加熱温度としては300〜500℃の範
囲が好ましい。加熱時間は30秒ないし10時間が好ま
しい。加熱温度が高い場合は、酸素分圧を下げたり、時
間を短くして過度の反応を抑えるのが好ましい。実質的
に平滑なアルミニウム箔の基材にチタンを柱状に蒸着に
より形成させる場合、即ち、図1にチタン蒸着箔皮膜構
造の模式図を示すが、アルミニウム基材1上に形成され
たチタンの柱状物(以下、カラムという)2と他のカラ
ム2の間隔Tが密であると、相隣なるカラム2、2間に
上述した駆動用電解液が充分に含浸されずに静電容量の
発現性が低下してしまうという問題点がある。つまり、
相隣なるカラムの間隔(間隙)が50オングストロ−ム
未満であると、駆動用電解液の含浸性が悪く、静電容量
の発現性が乏しい。しかしながら、相隣なるカラムの間
隔(隙間)が50オングストロ−ム以上であると、駆動
用電解液の含浸性が改善され、静電容量の発現性が良好
になる。特には、50〜5000オングストロ−ムの範
囲が非常に良好である。
【0009】本発明において、基材としてはアルミニウ
ム箔が好適に使用され、上述のような微細な凹凸が形成
されたアルミニウム箔基材であっても、また実質上平滑
なアルミニウム箔基材であってもよい。平滑なアルミニ
ウム箔を基材に用いることは、引張強度や伸度を損わず
に基材の厚さを薄くすることが可能であり、またコスト
的にも粗面化する工程が不要なために有利である。この
ような基材はコンデンサ素子の陽極箔としても使用でき
るが、陰極箔として使用するのがむしろ好ましい。
【0010】一方、本発明に用いられるコンデンサ素子
の陰極箔としては、5〜60μmの厚さの実質上平滑な
アルミニウム箔が基材として使用されるが、特に10〜
40μmのものが好適に使用される。アルミニウム基材
へのチタンの付着形成法としては真空蒸着法、スパッタ
リング法、イオンプレーティング法、CVD法などを例
示することができる。また、真空中または酸素ガス、窒
素やアルゴンなどの不活性ガスなどの雰囲気中で50〜
3000オングストロ−ムの厚さに付着形成するのが好
ましい。特に窒素ガス中で蒸着条件を選ぶと窒化チタン
蒸着膜を形成させることができる。該窒化チタン蒸着膜
にはTiNx(0<x≦4/3)で表わされる部分的に
窒化されたチタン薄膜も含まれる。また、該窒化チタン
蒸着膜には窒化チタンと酸化チタンの混合膜も含まれ
る。
【0011】本発明において使用される駆動用電解液の
有機極性溶媒としては、電解コンデンサに通常使用され
る有機極性溶媒であればいずれも使用できる。
【0012】好ましい溶媒としては、アミド類、ラクト
ン類、グリコ−ル類、硫黄化合物類、ケトン類、エ−テ
ル類または炭酸塩類が使用できる。好ましい具体例とし
ては、炭酸プロピレン、N,N−ジメチルホルムアミ
ド、N−メチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、N
−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、エチレン
シアノヒドリン、エチレングリコ−ル、エチレングリコ
−ルモノまたはジアルキルエ−テル、3−アルキル−
1,3−オキサゾリジン−2−オンなどが使用できる。
特に好ましくは、ラクトン類、エチレングリコ−ル類な
どが用いられる。
【0013】本発明において使用される駆動用電解液の
溶質としては、電解コンデンサに通常使用される溶質で
あればいずれも使用できる。
【0014】好ましい溶質としては、ホウ酸やリン酸な
どの無機酸またはその塩、ケイタングステン酸などのヘ
テロポリ酸またはその塩、フェノ−ル性水酸基を有する
有機酸またはその塩、スルホン酸基を有する有機酸また
はその塩、ギ酸やドデシル酸に代表される鎖式モノカル
ボン酸またはその塩、安息香酸やサリチル酸に代表され
る芳香族モノカルボン酸またはその塩、アジピン酸やセ
バシン酸に代表されるる鎖式ジカルボン酸またはその
塩、マレイン酸やシトラコン酸などの不飽和ジカルボン
酸またはその塩、フタル酸やニトロフタル酸やテトラヒ
ドロフタル酸からなる環式ジカルボン酸またはその塩、
クエン酸に代表されるトリカルボン酸またはその塩を例
示することができる。特に好ましくは、芳香族カルボン
酸または不飽和ジカルボン酸の4級アルキルアンモニウ
ム塩、芳香族カルボン酸のアンモニウム塩が採用され
る。
【0015】また、塩としてはアンモニウム塩、第1〜
第3級アミン塩、第4級アンモニウム塩を例示すること
ができる。また、伝導度を高めるために水分を添加する
が、コンデンサ特性の経時変化を抑止するためには15
%以下、好ましくは8%以下、特に好ましくは5%以下
が採用される。
【0016】
【実施例】
【0017】<実施例1>厚さ22μmの平滑なアルミ
ニウム基材にチタン蒸着皮膜を0.1μmの厚さに形成
した。これを40℃、10.9wt%のリン酸水溶液に
2分間浸漬を行ない、水洗し、420℃の大気中雰囲気
中で1分間熱処理した。この基材の静電容量を測定した
ところ90μF/cm2 であった。さらに、この基材
を、水分1wt%、γ−ブチロラクトン74wt%、o
−フタル酸テトラエチルアンモニウム25wt%からな
る、110℃の電解液中に浸漬し、240hr放置後の
静電容量を測定したところ77μF/cm2 で、容量変
化率は−14%であった。
【0018】<実施例2>厚さ22μmの平滑なアルミ
ニウム基材にチタン蒸着皮膜を0.1μmの厚さに形成
した。これを40℃、10.9wt%のリン酸水溶液に
2分間浸漬を行ない、水洗し、380℃の窒素雰囲気中
で2分間熱処理した。この基材の静電容量を測定したと
ころ95μF/cm2 であった。さらに、この基材を、
水分1wt%、γ−ブチロラクトン74wt%、o−フ
タル酸テトラエチルアンモニウム25wt%からなる、
110℃の電解液中に浸漬し、240hr放置後の静電
容量を測定したところ80μF/cm2 で、容量変化率
は−16%であった。
【0019】<実施例3>厚さ22μmの平滑なアルミ
ニウム基材にチタン蒸着皮膜を0.1μmの厚さに形成
した。これを40℃、8.8wt%の硝酸水溶液に2分
間浸漬を行ない、水洗し、420℃の空気雰囲気中で1
分間熱処理した。この基材の静電容量を測定したところ
80μF/cm2 であった。さらに、この基材を、水分
1wt%、γ−ブチロラクトン74wt%、o−フタル
酸テトラエチルアンモニウム25wt%からなる、11
0℃の電解液中に浸漬し、240hr放置後の静電容量
を測定したところ72μF/cm2 で、容量変化率は−
10%であった。
【0020】<実施例4>厚さ22μmの平滑なアルミ
ニウム箔に相隣なるカラムの間隔が100オングストロ
−ムであるチタン蒸着皮膜を0.1μmの厚さに形成し
た。これを40℃、10.9wt%のリン酸水溶液に2
分間浸漬し、水洗した後に380℃の窒素気流中で2時
間熱処理して陰極箔とした。陽極酸化皮膜の形成された
90μmのアルミニウム陽極箔と、該陰極箔をセパレ−
タを介して巻回してコンデンサ素子を製作し、このコン
デンサ素子に、水分1wt%、γ−ブチロラクトン74
wt%、o−フタル酸テトラエチルアンモニウム25w
t%からなる駆動用電解液を含浸させ、外装ケ−スに組
み込んで定格25V3300μFの電解コンデンサを製
作した。このコンデンサの静電容量は3310μFであ
った。
【0021】<比較例1>厚さ22μmの平滑なアルミ
ニウム基材にチタン蒸着皮膜を0.1μmの厚さに形成
した。これを420℃の大気中雰囲気中で1分間熱処理
した。この基材の静電容量を測定したところ73μF/
cm2 であった。さらに、この基材を、水分1wt%、
γ−ブチロラクトン74wt%、o−フタル酸テトラエ
チルアンモニウム25wt%からなる、110℃の電解
液中に浸漬し、240hr放置後の静電容量を測定した
ところ62μF/cm2 で、容量変化率は−15%であ
った。
【0021】<比較例2>厚さ22μmの平滑なアルミ
ニウム基材にチタン蒸着皮膜を0.1μmの厚さに形成
した。この基材の静電容量を測定したところ86μF/
cm2 であった。さらに、この基材を、水分1wt%、
γ−ブチロラクトン74wt%、o−フタル酸テトラエ
チルアンモニウム25wt%からなる、110℃の電解
液中に浸漬し、240hr放置後の静電容量を測定した
ところ61μF/cm2 で、容量変化率は−29%であ
った。
【0022】<比較例3>厚さ22μmの平滑なアルミ
ニウム基材にチタン蒸着皮膜を0.1μmの厚さに形成
した。これを40℃、8.8wt%の硝酸水溶液に2分
間浸漬を行ない、水洗して静電容量を測定したところ1
08μF/cm2 であった。さらに、この基材を、水分
1wt%、γ−ブチロラクトン74wt%、o−フタル
酸テトラエチルアンモニウム25wt%からなる、11
0℃の電解液中に浸漬し、240hr放置後の静電容量
を測定したところ63μF/cm2 で、容量変化率は−
42%であった。
【0023】
【発明の効果】比較例2のように蒸着したままのチタン
蒸着箔はその静電容量変化率が−29%と非常に大き
い。また、比較例1のように熱処理のみでは初期静電容
量は73μF/cm2 と低い。比較例3のように酸によ
る表面処理のみでは静電容量変化率が−42%となり、
比較例2より悪くなってしまう。これに対して、無機酸
にて表面処理し、かつその後に熱処理した、本発明に係
るチタン蒸着箔はその静電容量変化率を−10%台に抑
えることができ、かつ初期容量を発現できる。よって、
本発明に係るチタン蒸着箔を使用した電解コンデンサは
長期間にわたって安定な信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】チタン蒸着箔皮膜構造の模式図。
【符合の説明】
1 アルミニウム基材 2 カラム

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウム箔基材上にチタン薄膜および
    /または窒化チタン薄膜を形成し、無機酸にて表面を処
    理し、しかる後に所定の温度で熱処理を行なうことを特
    徴とした電解コンデンサ用電極箔の製造方法。
  2. 【請求項2】アルミニウム箔基材上に相隣なるカラムの
    間隔が50オングストロ−ム以上のチタン薄膜および/
    または窒化チタン薄膜を形成することを特徴とする請求
    項1に記載の電解コンデンサ用電極箔の製造方法。
  3. 【請求項3】基材に実質上平滑なアルミニウム箔を使用
    したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の
    電解コンデンサ用電極箔の製造方法。
  4. 【請求項4】陽極箔と陰極箔をセパレ−タを介在させて
    コンデンサ素子とし、同コンデンサ素子に駆動用電解液
    を含浸した電解コンデンサにおいて、アルミニウム箔基
    材上にチタン薄膜および/または窒化チタン薄膜を形成
    し、無機酸にて表面を処理し、所定の温度で熱処理を行
    なった電極箔をコンデンサ素子の陰極箔として使用した
    ことを特徴とする電解コンデンサ。
JP26292391A 1991-09-13 1991-09-13 電解コンデンサおよび電解コンデンサ用電極箔の製造方法 Pending JPH0574664A (ja)

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