JPWO2019167774A1 - 電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の上記局面に係る電解コンデンサは、陽極体と、陽極体の少なくとも一部を覆う誘電体層と、誘電体層の少なくとも一部を覆う固体電解質層と、固体電解質層の少なくとも一部を覆う陰極引出層と、を備えるコンデンサ素子を含む。陰極引出層は、固体電解質層の少なくとも一部を覆う導電性のカーボン層と、カーボン層の少なくとも一部を覆う銀ペースト層と、を備える。カーボン層は、炭素粒子と、銀とを含む。
図1は、本発明の一実施形態に係る電解コンデンサの構造を概略的に示す断面図である。
図示例では、電解コンデンサ1は、コンデンサ素子2と、コンデンサ素子2を封止する樹脂製の外装体3と、外装体3の外部にそれぞれ少なくともその一部が露出する陽極リード端子4および陰極リード端子5と、を備えている。外装体3は、ほぼ直方体の外形を有しており、電解コンデンサ1もほぼ直方体の外形を有している。
(コンデンサ素子2)
コンデンサ素子2は、陽極部を構成する陽極体6と、誘電体層7と、固体電解質層9を含む陰極部8とを備える。陰極部8は、固体電解質層9と、固体電解質層9を覆う陰極引出層10とを備えている。
陽極体6は、弁作用金属、弁作用金属を含む合金、および弁作用金属を含む化合物などを含むことができる。これらの材料は一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。弁作用金属としては、例えば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタンが好ましく使用される。表面が多孔質である陽極体6は、例えば、エッチングなどにより弁作用金属を含む基材(箔状または板状の基材など)の表面を粗面化することで得られる。また、陽極体6は、弁作用金属を含む粒子の成形体またはその焼結体でもよい。なお、焼結体は、多孔質構造を有する。すなわち、陽極体6が焼結体である場合、陽極体6の全体が多孔質となり得る。
誘電体層7は、陽極体6の表面の弁作用金属を、化成処理などにより陽極酸化することで形成される。誘電体層7は、陽極体6の少なくとも一部を覆うように形成されていればよい。誘電体層7は、通常、陽極体6の表面に形成される。誘電体層7は、陽極体6の多孔質の表面に形成されるため、陽極体6の表面の孔や窪み(ピット)の内壁面に沿って形成される。
(固体電解質層9)
陰極部8を構成する固体電解質層9は、導電性高分子を含むが、必要に応じて、さらに、ドーパントや添加剤などを含んでもよい。導電性高分子としては、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンおよびこれらの誘導体などを用いることができる。固体電解質層9は、例えば、原料モノマーを誘電体層7上で化学重合および/または電解重合することにより、形成することができる。あるいは、導電性高分子が溶解した溶液、または、導電性高分子が分散した分散液を、誘電体層7に接触させることにより、形成することができる。固体電解質層9は、誘電体層7の少なくとも一部を覆うように形成されていればよい。
陰極部8を構成する陰極引出層10は、カーボン層11と、銀ペースト層12とを備える。陰極引出層10は、固体電解質層9の少なくとも一部を覆うように形成される。
カーボン層11は、炭素粒子と、銀とを含んでおり、導電性を有する。カーボン層11は、必要に応じて、バインダ、および/または添加剤などを含むことができる。
銀ペースト層12は、例えば、銀粒子と、バインダとを含む。銀ペースト層12は、必要に応じて、添加剤などを含むことができる。添加剤としては、銀ペースト層に用いられる公知のものが挙げられる。
外装体3は、コンデンサ素子2を覆うものである。通常、リード端子4,5の一部も外装体3に覆われている。外装体3は、コンデンサ素子2およびリード端子4,5の一部を樹脂材料で封止することにより形成される。
リード端子4,5の一端部は、コンデンサ素子2に電気的に接続され、他端部は外装体3の外部に引き出される。電解コンデンサ1において、リード端子4,5の一端部側は、コンデンサ素子2とともに外装体3により覆われている。リード端子4,5としては、電解コンデンサで使用されるリード端子が特に制限なく利用でき、例えば、リードフレームと呼ばれるものを用いてもよい。リード端子4,5の素材としては、例えば、銅などの金属またはその合金などが挙げられる。
上記の電解コンデンサは、陽極体の少なくとも一部を覆うように誘電体層を形成する工程と、誘電体層の少なくとも一部を覆うように固体電解質層を形成する工程と、固体電解質層の少なくとも一部に陰極引出層を形成する工程と、を有する製造方法により製造される。陰極引出層を形成する工程は、カーボン層を形成する工程と、カーボン層の少なくとも一部に銀ペースト層を形成する工程と、を有する。電解コンデンサの製造方法は、さらに、誘電体層の形成工程に先立って、陽極体を準備する工程を備えていてもよい。また、電解コンデンサの製造方法は、さらに、コンデンサ素子にリード端子を電気的に接続する工程と、コンデンサ素子およびリード端子の一部を外装体で覆う工程(封止工程)と、を備えることができる。
以下、各工程についてより詳細に説明する。
この工程では、陽極体6の種類に応じて、公知の方法により、陽極部を構成する陽極体6を形成する。
陽極体6は、例えば、弁作用金属を含む箔状または板状の基材の表面を粗面化することにより準備することができる。粗面化は、基材表面に凹凸を形成できればよく、例えば、基材表面をエッチング(例えば、電解エッチング)することにより行ってもよい。
また、上記の場合に限らず、弁作用金属の粉末を、所望の形状(例えば、ブロック状)に成形して成形体を得る。この成形体を焼結することで、多孔質構造の陽極体6を形成してもよい。
この工程では、陽極体6上に誘電体層7を形成する。誘電体層7は、陽極体6を陽極酸化することにより形成される。陽極酸化は、公知の方法、例えば、化成処理などにより行うことができる。化成処理は、例えば、陽極体6を化成液中に浸漬することにより、陽極体6の表面に化成液を含浸させ、陽極体6をアノードとして、化成液中に浸漬したカソードとの間に電圧を印加することにより行うことができる。化成液としては、例えば、リン酸水溶液などを用いることが好ましい。
この工程では、誘電体層7上に固体電解質層9を形成する。例えば、誘電体層7が形成された陽極体6に、導電性高分子を含む処理液を付着させた後、乾燥させて固体電解質層9を形成する。処理液は、さらにドーパントなどの他の成分を含んでもよい。導電性高分子には、例えば、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)が用いられる。ドーパントには、例えば、ポリスチレンスルホン酸(PSS)が用いられる。処理液は、例えば、導電性高分子の分散液または溶液である。分散媒(溶媒)としては、例えば、水、有機溶媒、またはこれらの混合物が挙げられる。固体電解質層9は、導電性高分子の原料モノマーを、誘電体層7上で化学重合および/または電解重合させることにより形成してもよい。
この工程では、固体電解質層9上に、カーボン層11と銀ペースト層12とを順次積層することにより陰極引出層10を形成する。
本工程では、固体電解質層9の少なくとも一部にカーボンペーストを付着させてカーボン層11を形成する。固体電解質層9の少なくとも一部に形成されたカーボンペーストの塗膜をさらに加熱することによりカーボン層11を形成してもよい。
本工程では、カーボン層11の少なくとも一部に銀ペースト層12を形成する。銀ペースト層12は、カーボン層11の少なくとも一部に銀ペーストを付着させることにより形成できる。銀ペーストは、銀粒子と、バインダと、分散媒と、必要に応じて添加剤とを含むことができる。銀粒子、バインダ、添加剤としては、銀ペースト層12についての説明を参照できる。分散媒としては、水、有機媒体、およびこれらの混合物などが挙げられる。
この工程では、コンデンサ素子2に、陽極リード端子4および陰極リード端子5を電気的に接続する。各リード端子の接続は、コンデンサ素子2を作製した後に行ってもよい。陰極リード端子4のコンデンサ素子2への接続は、コンデンサ素子2を作製した後に行われるが、陽極リード端子5の陽極体6への接続は、コンデンサ素子2を作製する工程の適当な段階で行ってもよい。例えば、焼結により多孔質構造の陽極体を形成する場合には、弁作用金属の粉末の中に、棒状体の陽極リード端子の長手方向の一端部を埋め込んだ状態で、所望の形状に成形された成形体を得る。そして、この成形体を焼結することで、陽極リード端子の一端部が埋め込まれた多孔質構造の陽極体を形成してもよい。
本工程では、コンデンサ素子2およびリード端子4,5の一部を外装体3で覆うことにより、コンデンサ素子2を外装体3で封止する。より具体的には、コンデンサ素子2とリード端子4,5とを電気的に接続した後、コンデンサ素子2およびリード端子4,5の一部を、樹脂外装体を構成する樹脂で覆うことにより封止することができる。
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
下記の要領で、図1に示す電解コンデンサ1を作製し、その特性を評価した。
(1)コンデンサ素子の作製
基材としてアルミニウム箔(厚み100μm)を準備し、アルミニウム箔の表面にエッチング処理を施し、陽極体6を得た。陽極体6を濃度0.3質量%のリン酸溶液(液温70℃)に浸して70Vの直流電圧を20分間印加することにより、陽極体6の表面に酸化アルミニウム(Al2O3)を含む誘電体層7を形成した。その後、陽極体6の所定の箇所に絶縁性のレジストテープ(分離層13)を貼り付けた。
以上のようにして、コンデンサ素子2を得た。
コンデンサ素子2に、さらに、陽極リード端子4、陰極リード端子5、接着層14を配置し、フィラーとしてシリカ粒子を含む樹脂を用いて外装体3を形成することにより、電解コンデンサを作製した。
銀ナノ粒子を用いずにカーボンペーストを調製したこと以外は、実施例1と同様に電解コンデンサを作製した。
[評価]
20℃の環境下で、4端子測定用のLCRメータを用いて、電解コンデンサの周波数100kHzにおけるESR値(mΩ)を、初期のESR値(X0)(mΩ)として測定した。次に、電解コンデンサを、270℃で3分間加熱し、次いで、145℃で加熱を続けた。270℃での加熱開始から500時間後の電解コンデンサのESR値(X1)(mΩ)を、上記と同様の方法で測定した。そして、下記式よりESRの変化率を求めた。
ESRの変化率=X1/X0
評価結果を表1に示す。実施例1〜3は、A1〜A3であり、比較例1は、B1であり、参考例1および2は、C1およびC2である。
Claims (14)
- 陽極体と、前記陽極体の少なくとも一部を覆う誘電体層と、前記誘電体層の少なくとも一部を覆う固体電解質層と、前記固体電解質層の少なくとも一部を覆う陰極引出層と、を備えるコンデンサ素子を含み、
前記陰極引出層は、前記固体電解質層の少なくとも一部を覆う導電性のカーボン層と、前記カーボン層の少なくとも一部を覆う銀ペースト層と、を備え、
前記カーボン層は、炭素粒子と、銀とを含む、電解コンデンサ。 - 前記カーボン層中の前記銀の含有量は、1質量%以上30質量%以下である、請求項1に記載の電解コンデンサ。
- 前記カーボン層中の前記炭素粒子の含有量は、70質量%以上である、請求項1または2に記載の電解コンデンサ。
- 前記炭素粒子は、鱗片状粒子を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 前記炭素粒子の平均アスペクト比は、1.5以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 前記炭素粒子の平均粒子径は、0.1μm以上5μm以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 前記銀の平均粒子径は、1nm以上1000nm以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 陽極体の少なくとも一部を覆うように誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層の少なくとも一部を覆うように固体電解質層を形成する工程と、
前記固体電解質層の少なくとも一部にカーボンペーストを付着させて導電性のカーボン層を形成する工程と、
前記カーボン層の少なくとも一部に銀ペースト層を形成する工程と、を有し、
前記カーボンペーストは、炭素粒子と、銀粒子と、分散媒と、を含む、
電解コンデンサの製造方法。 - 前記カーボンペースト中の固形分に占める前記炭素粒子の割合は、70質量%以上である、請求項8に記載の電解コンデンサの製造方法。
- 前記カーボンペースト中の固形分に占める前記銀粒子の割合は、30質量%以下である、請求項8または9に記載の電解コンデンサの製造方法。
- 前記銀粒子の平均粒子径は、1000nm未満である、請求項8〜10のいずれか1項に記載の電解コンデンサの製造方法。
- 前記炭素粒子は、鱗片状粒子を含む、請求項8〜11のいずれか1項に記載の電解コンデンサの製造方法。
- 前記炭素粒子の平均アスペクト比は、1.5以上である、請求項8〜12のいずれか1項に記載の電解コンデンサの製造方法。
- 前記炭素粒子の平均粒子径は、0.1μm以上5μm以下である、請求項8〜13のいずれか1項に記載の電解コンデンサの製造方法。
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