(57)【要約】【課題】電気特性の経時劣化の少ない固体電解コンデンサとその製造方法を提供する。【解決手段】固体電解コンデンサ１は、表面に陽極酸化皮膜２１ａが形成された陽極箔２１と、陰極箔２２とがセパレータ２３を介して巻回され、セパレータ２３に、導電性高分子からなる固体電解質層２４が保持されたコンデンサ素子２を備え、陽極酸化皮膜２１ａと固体電解質層２４との間に炭酸水素ナトリウム２１ｂが分散される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔とがセパレータを介して巻回され、前記セパレータに、導電性高分子からなる固体電解質層が保持されたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子が収納されるケースとを備えた固体電解コンデンサであって、
前記陽極箔と前記固体電解質層との間に炭酸水素ナトリウムを分散させることを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項２】
前記導電性高分子が、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、および、ポリエチレンジオキシチオフェンの何れかであることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項３】
表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔とがセパレータを介して巻回され、前記セパレータに、導電性高分子からなる固体電解質層が保持されたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子が収納されるケースとを備えた固体電解コンデンサの製造方法であって、
前記コンデンサ素子を形成するコンデンサ素子形成工程と、
前記コンデンサ素子を炭酸水素ナトリウム溶液に浸漬することによって、前記陽極箔と前記固体電解質層との間に炭酸水素ナトリウムを分散させる炭酸水素ナトリウム分散工程とを備えていることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項４】
前記炭酸水素ナトリウム溶液の濃度が、５％から飽和状態の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性高分子を電解質に用いた固体電解コンデンサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解コンデンサは、アルミニウムやタンタルやニオブ等の弁作用金属からなる陽極箔や陽極体を備えており、陽極箔や陽極体の表面には、誘電体となる酸化皮膜が形成されている。この酸化皮膜からの電気的な引き出しは、酸化皮膜に接触している導電性を有する電解質によって行われ、電解コンデンサにおける真の陰極は、この電解質が担っている。この真の陰極として機能する電解質は、電解コンデンサの電気特性に大きな影響を及ぼすため、様々な種類の電解質が採用された電解コンデンサが提案されている。
【０００３】
このような電解コンデンサのうち、固体電解コンデンサは、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）などの導電性高分子を電解質として用いるものであり、液状の電解質を用いた電解コンデンサと比較して高周波領域におけるインピーダンス特性に優れている（たとえば、特許文献１参照）。
このような導電性高分子からなる固体電解質層には、電子受容性の物質（ドーパント、例えば、ｐ−トルエンスルホン酸、ｐ−スチレンスルホン酸）が添加されており、このドーパントが高分子鎖から電子を引き抜いて、高分子内に正孔（キャリア）を発生させることにより、高分子は導電性を有する。
【０００４】
近年、各種電子機器のデジタル化が進み、固体電解コンデンサには、大容量化と小形化が求められている。そして、このような要求を満たす固体電解コンデンサとして、巻回型の固体電解コンデンサがある。
巻回型の固体電解コンデンサは、酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回され、このセパレータに導電性高分子からなる固体電解質層が保持されたコンデンサ素子を備え、このコンデンサ素子が有底筒状のケースに収納されて、さらに、その開口部が電極箔に接続されたリード線が貫通されたゴム製の封口材により密封された構造を有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０２２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さらに、近年、固体電解コンデンサが高周波領域で使用されることが多いため、電気特性の向上といった要求が固体電解コンデンサに求められている。しかしながら、固体電解コンデンサにおいては、固体電解質に含まれた強酸性のドーパント（例えば、ｐ−トルエンスルホン酸）が陽極箔の酸化皮膜を劣化させるため、電気特性の経時劣化が生じる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、電気特性の経時劣化が小さい固体電解コンデンサおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固体電解コンデンサは、表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔とがセパレータを介して巻回され、前記セパレータに、導電性高分子からなる固体電解質層が保持されたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子が収納されるケースとを備えた固体電解コンデンサであって、前記陽極箔と前記固体電解質層との間に炭酸水素ナトリウムを分散させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔とがセパレータを介して巻回され、前記セパレータに、導電性高分子からなる固体電解質層が保持されたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子が収納されるケースとを備えた固体電解コンデンサの製造方法であって、前記コンデンサ素子を形成するコンデンサ素子形成工程と、前記コンデンサ素子を炭酸水素ナトリウム溶液に浸漬することによって、前記陽極箔と前記固体電解質層との間に炭酸水素ナトリウムを分散させる炭酸水素ナトリウム分散工程とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によると、陽極箔と固体電解質層との間に炭酸水素ナトリウムが分散されているため、コンデンサ素子内の固体電解質に含まれたドーパント（例えば、ｐ−トルエンスルホン酸、ｐ−スチレンスルホン酸）が中和される。これにより、陽極酸化皮膜の劣化を抑制し、電気特性の経時劣化の小さい固体電解コンデンサを提供することが可能になる。
【００１１】
本発明においては、前記導電性高分子が、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、および、ポリエチレンジオキシチオフェンの何れかであることが好ましい。これにより、固体電解質層の導電性および耐熱性が向上する。
【００１２】
また、本発明においては、前記炭酸水素ナトリウム溶液の濃度が、５％から飽和状態の範囲にあることが好ましい。かかる範囲をとることで、コンデンサ素子内の固体電解質に含まれたドーパントとの中和反応が好適に進み、陽極酸化皮膜の劣化を抑制し、電気特性の経時劣化を抑えることが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、陽極箔と固体電解質層との間に炭酸水素ナトリウムが分散されているため、コンデンサ素子内の固体電解質に含まれたドーパントが中和される。これにより、陽極酸化皮膜の劣化を抑制し、電気特性の経時劣化の小さい固体電解コンデンサを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の固体電解コンデンサ１の外観および内部構造を示す概略図である。図２は、コンデンサ素子２の分解斜視図である。図３は、固体電解コンデンサ１の構成を示す概念図である。
図１に示すように、本実施形態の固体電解コンデンサ１は、コンデンサ素子２と、外装ケース４と、封口材５とを備える。
【００１５】
図２に示すように、コンデンサ素子２は、陽極箔２１と、陰極箔２２とがセパレータ２３を介して巻回された構造を有する。
また、陽極箔２１および陰極箔２２にはリードタブ（図示省略）がそれぞれ接続されており、このリードタブを介して陽極箔２１および陰極箔２２からそれぞれリード線２５ａ、２５ｂが引き出されている。
【００１６】
陽極箔２１は、アルミニウム、タンタル、ニオブ等の弁作用金属で形成されている。図３に示すように、陽極箔２１の表面は、エッチング処理により粗面化されるとともに、陽極酸化（化成）による陽極酸化皮膜２１ａが形成されている。さらに、陽極酸化皮膜２１ａの表面には、炭酸水素ナトリウム２１ｂが分散されている。
また、陰極箔２２も、陽極箔２１と同様にアルミニウム等で形成され、その表面は粗面化されているとともに、自然酸化皮膜２２ａが形成されている。
【００１７】
また、セパレータ２３は、導電性高分子からなる固体電解質層２４を保持している。つまり、陽極箔２１とセパレータ２３との間、および、陰極箔２２とセパレータ２３の間には、固体電解質層２４が形成されている。また、陽極酸化皮膜２１ａと固体電解質層２４とに炭酸水素ナトリウム２１ｂが分散されている。
固体電解質層２４の導電性高分子としては、導電性および耐熱性に優れた、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、および、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等を用いることができる。このような導電性高分子は、モノマーの化学重合により生成される。また、固体電解質層２４には、ドーパントとしてｐ−トルエンスルホン酸が含有されている。なお、ドーパントとしてｐ−スチレンスルホン酸が含有されていてもよい。
【００１８】
外装ケース４は、アルミニウム等からなり、有底筒形状に形成されている。そして、外装ケース４は、コンデンサ素子２を収納している。
【００１９】
封口材５は、外装ケース４の開口部を封止するものであり、樹脂やゴム等で形成されている。コンデンサ素子２のリード線２５ａ、２５ｂは、封口材５に形成された貫通孔を介して、外装ケース４から引き出されている。
【００２０】
次に、固体電解コンデンサ１の製造方法について、図４を参照しつつ説明する。図４は、固体電解コンデンサ１の製造方法を示す工程フロー図である。先ず、電極の実効表面積を大きくするために、陽極箔２１および陰極箔２２にエッチング処理を施して表面を粗面化する（エッチング）。さらに、粗面化された陽極箔２１の表面に化成処理を施して陽極酸化皮膜２１ａを形成する。そして、粗面化された陰極箔２２の表面には、自然酸化皮膜２２ａが形成される（酸化皮膜形成）。
次に、陽極酸化皮膜２１ａが形成された陽極箔２１および自然酸化皮膜２２ａが形成された陰極箔２２を所定の寸法に裁断し、それぞれにリードタブを介してリード線２５ａ、２５ｂを接続するとともに、これら陽極箔２１と陰極箔２２とをセパレータ２３を介して巻回する（電極箔巻回）。その後、アジピン酸アンモニウム水溶液中で、電圧を印加して素子化成を行い、さらに、セパレータ２３の炭化処理を施して、円筒形のコンデンサ素子２を作製する（切り口化成）。
【００２１】
作製したコンデンサ素子２を、ドーパントを含む酸化剤に浸漬することにより、コンデンサ素子２に酸化剤を含浸させる（酸化剤含浸）。次に、酸化剤を含浸させたコンデンサ素子２に、−８０〜０℃の冷却雰囲気中において、モノマー溶液を滴下して含浸させる（モノマー含浸）。
【００２２】
その後、コンデンサ素子２を加熱することにより、酸化剤およびモノマーがさらに化学重合し、陽極箔２１の陽極酸化皮膜２１ａおよび陰極箔２２の自然酸化皮膜２２ａとセパレータ２３との間に導電性高分子からなる固体電解質層２４を形成する（固体電解質形成）。
【００２３】
次に、室温にて、コンデンサ素子２を、表１に示す濃度の炭酸水素ナトリウム水溶液に３分間浸漬することにより、陽極箔２１の陽極酸化皮膜２１ａと固体電解質層２４との間に炭酸水素ナトリウム２１ｂを分散させた。その後、１００℃にて１０分間乾燥を行った。
【００２４】
そして、円筒形のコンデンサ素子２を有底筒状の外装ケース４に収納し、封ロ材５により開口部を封止して固体電解コンデンサ１を組み立てる（組み立て）。最後に、エージング処理を行い（エージング）、固体電解コンデンサ１を完成させた。
【００２５】
以上のような固体電解コンデンサ１によると、陽極酸化皮膜２１ａと固体電解質層２４との間に炭酸水素ナトリウム２１ｂが分散されているため、固体電解質層２４に含まれたドーパント（ｐ−トルエンスルホン酸）が中和される。
これにより、陽極酸化皮膜２１ａの劣化が抑制されるので、固体電解コンデンサの静電容量の低下や、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の増加という固体電解コンデンサ１の経時劣化を抑制することができる。
【００２６】
次に、本発明の具体的な実施例を従来例と合わせて説明する。
【００２７】
［実施例１〜３］炭酸水素ナトリウム水溶液中浸漬、濃度比較
実施例１〜３では、炭酸水素ナトリウムの濃度を各々、３、５、１０ｗｔ％とした炭酸水素ナトリウム水溶液中にコンデンサ素子を浸漬させて、陽極箔の酸化皮膜と固体電解質層との間に炭酸水素ナトリウムを分散させ、コンデンサ試料を作製した。なお、実施例３の炭酸水素ナトリウム濃度を１０ｗｔ％としたものは３０℃で飽和状態にある。
【００２８】
（従来例）
従来例では、陽極箔の酸化皮膜と固体電解質層との間に炭酸水素ナトリウムを分散させなかった以外は、実施例１〜３と同様にして、コンデンサ試料を作製した。
【００２９】
上記の実施例１〜３、および従来例の固体電解コンデンサの定格は、電圧２．５Ｖ、静電容量１２００μＦとした。
【００３０】
上記の実施例１〜３、および従来例の固体電解コンデンサについて、初期の電気特性（静電容量、ｔａｎδ、等価直列抵抗（ＥＳＲ）、および漏れ電流）を測定し、１２５℃の恒温槽中にて定格電圧を２０００時間印加した後、再度電気特性を測定した。その結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１より明らかなように、実施例１〜３の固体電解コンデンサは、従来例と比較して、電圧印加後の静電容量の低下率、ｔａｎδ、ＥＳＲの増加率が小さく、特に漏れ電流の増加を抑制しており、電気特性が安定していることが分かる。また、炭酸水素ナトリウム濃度を、５ｗｔ％以上、１０ｗｔ％（３０℃飽和状態）以下とした水溶液を用いた場合が特に良好である。
このように陽極箔の酸化皮膜と固体電解質層との間に炭酸水素ナトリウムを分散させることにより、コンデンサ素子内の固体電解質に含まれたｐ−トルエンスルホン酸による陽極酸化皮膜の劣化が抑制され、固体電解コンデンサの電気特性の経時劣化が小さくなることが確認された。
【００３３】
なお、上記実施例においては、固体電解質層の導電性高分子としてＰＥＤＯＴを用いたが、ポリアニリン、ポリピロールまたはポリチオフェンを用いた場合にも同様の効果が得られることが確認されている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の固体電解コンデンサの外観および内部構造を示す概略図である。
【図２】本発明の固体電解コンデンサにおけるコンデンサ素子の分解斜視図である。
【図３】本発明の固体電解コンデンサの構成を示す概念図である。
【図４】本発明の固体電解コンデンサの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  固体電解コンデンサ
２  コンデンサ素子
４  外装ケース
５  封口材
２１  陽極箔
２１ａ  酸化皮膜
２１ｂ  炭酸水素ナトリウム
２２  陰極箔
２３  セパレータ
２４  固体電解質層
２５ａ、２５ｂ  リード線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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