(57)【要約】【課題】低インピーダンス特性を有し、さらに１００Ｖ級の高耐電圧特性を有し、耐湿性、高温寿命特性も良好な電解コンデンサを提供する。【解決手段】四弗化アルミニウム塩を含有する電解コンデンサ用電解液を用い、ゼオライト、モレキュラーシーブス、シリカゲル、活性アルミナ、高吸水性高分子等の吸水剤を外装ケース内に備えているので、低インピーダンス特性、高耐電圧特性を有し、高温寿命特性、耐湿特性も良好な電解コンデンサを提供することができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極電極箔と陰極電極箔とセパレータを巻回し、かつ電解液を含浸させてなるコンデンサ素子を外装ケースに収納してなる電解コンデンサにおいて、前記電解液として四弗化アルミニウム塩を含有する電解液を用い、かつ外装ケース内に吸水剤を備えた電解コンデンサ。
【請求項２】
吸水剤がゼオライト、モレキュラーシーブス、シリカゲル、活性アルミナ、高吸水性高分子である請求項１記載の電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は電解コンデンサ、特に低インピーダンス特性、および高耐電圧特性を有する電解コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電解コンデンサは、一般的には帯状の高純度のアルミニウム箔に、化学的あるいは電気化学的にエッチング処理を施して、アルミニウム箔表面を拡大させるとともに、このアルミニウム箔をホウ酸アンモニウム水溶液等の化成液中にて化成処理して表面に酸化皮膜層を形成させた陽極電極箔と、エッチング処理のみを施した高純度のアルミニウム箔からなる陰極電極箔とを、マニラ紙等からなるセパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形成する。そして、このコンデンサ素子は、電解コンデンサ駆動用の電解液を含浸した後、アルミニウム等からなる有底筒状の外装ケースに収納する。外装ケースの開口部には弾性ゴムからなる封口体を装着し、絞り加工により外装ケースを密封している。
【０００３】
ここで、コンデンサ素子に含浸される高電導率を有する電解コンデンサ駆動用の電解液として、γ−ブチロラクトンを主溶媒とし、溶質として環状アミジン化合物を四級化したカチオンであるイミダゾリニウムカチオンやイミダゾリウムカチオンを、カチオン成分とし、酸の共役塩基をアニオン成分とした塩を溶解させたものが用いられている。（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０８−３２１４４０号公報
【特許文献２】
特開平０８−３２１４４１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、電子情報機器はデジタル化され、さらにこれらの電子情報機器の心臓部であるマイクロプロセッサの駆動周波数の高速化がすすんでいる。これに伴って、周辺回路の電子部品の消費電力の増大化が進み、それに伴うリップル電流の増大化が著しく、この回路に用いる電解コンデンサには、低インピーダンス特性が要求される。
【０００６】
また、特に車載の分野では、自動車性能の高機能化に伴って、前述の低インピーダンス特性に対する要求が高い。ところで、車載用回路の駆動電圧は１４Ｖであるが、消費電力の増大にともなって４２Ｖへと進展しつつあり、このような駆動電圧に対応するには電解コンデンサの耐電圧特性は２８Ｖ、８４Ｖ以上が必要である。さらに、この分野では高温使用の要求があり、電解コンデンサには高温寿命特性が要求される。
【０００７】
ところが、前記の電解コンデンサ用電解液では、このような低インピーダンス特性に対応することができず、また、耐電圧も３０Ｖが限界で、２８Ｖには対応できるものも、８４Ｖ以上というような高耐電圧の要求には答えることができなかった。また、このような電解コンデンサにも半導体と同様の耐湿性が求められるようになっているが、前記の電解コンデンサは耐湿特性も低いという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、低インピーダンス特性を有し、さらに１００Ｖ級の高耐電圧特性を有し、高温寿命特性、耐湿特性も良好な電解コンデンサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決しようとする手段】
本発明は、陽極電極箔と陰極電極箔とセパレータを巻回し、かつ電解液を含浸させてなるコンデンサ素子を外装ケースに収納してなる電解コンデンサにおいて、前記電解液として四弗化アルミニウム塩を含有する電解液を用い、かつ外装ケース内に吸水剤を備えたことを特徴としている。
【００１０】
また、前記電解コンデンサにおいて、吸水剤がゼオライト、モレキュラーシーブス、シリカゲル、活性アルミナ、高吸水性高分子であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる電解コンデンサ用電解液は、四弗化アルミニウム塩を含有している。
【００１２】
四弗化アルミニウム塩は四弗化アルミニウムをアニオン成分とする塩であるが、この塩としてはアンモニウム塩、アミン塩、４級アンモニウム塩、または四級化環状アミジニウムイオンをカチオン成分とする塩を用いることができる。アミン塩を構成するアミンとしては、一級アミン（メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、エチレンジアミン、モノエタノールアミン等）、二級アミン（ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、エチルメチルアミン、ジフェニルアミン、ジエタノールアミン等）、三級アミン（トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）−ウンデセン−７、トリエタノールアミン等）があげられる。また、第４級アンモニウム塩を構成する第４級アンモニウムとしてはテトラアルキルアンモニウム（テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、メチルトリエチルアンモニウム、ジメチルジエチルアンモニウム等）、ピリジウム（１−メチルピリジウム、１−エチルピリジウム、１，３−ジエチルピリジウム等）が挙げられる。
【００１３】
さらに、四級化環状アミジニウムイオンをカチオン成分とする塩においては、カチオン成分となる四級化環状アミジニウムイオンは、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−置換アミジン基をもつ環状化合物を四級化したカチオンであり、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−置換アミジン基をもつ環状化合物としては、以下の化合物が挙げられる。イミダゾール単環化合物（１−メチルイミダゾール、１−フェニルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、１−エチル−２−メチルイミダゾール、２−エチル−１−メチルイミダゾール、１，２−ジエチルイミダゾール、１，２，４−トリメチルイミダゾール等のイミダゾール同族体、１−メチル−２−オキシメチルイミダゾール、１−メチル−２−オキシエチルイミダゾール等のオキシアルキル誘導体、１−メチル−４（５）−ニトロイミダゾール等のニトロ誘導体、１，２−ジメチル−５（４）−アミノイミダゾール等のアミノ誘導体等）、ベンゾイミダゾール化合物（１−メチルベンゾイミダゾール、１−メチル−２−ベンジルベンゾイミダゾール、１−メチル−５（６）−ニトロベンゾイミダゾール等）、２−イミダゾリン環を有する化合物（１−メチルイミダゾリン、１，２−ジメチルイミダゾリン、１，２，４−トリメチルイミダゾリン、１−メチル−２−フェニルイミダゾリン、１−エチル−２−メチルイミダゾリン、１，４−ジメチル−２−エチルイミダゾリン、１−メチル−２−エトキシメチルイミダゾリン等）、テトラヒドロピリミジン環を有する化合物（１−メチル−１，４，５，６−テトラヒドロピリミジン、１，２−ジメチル−１，４，５，６−テトラヒドロピリミジン、１，５−ジアザビシクロ〔４，３，０〕ノネン−５等）等である。
【００１４】
本発明の電解液に用いる溶媒としては、プロトン性極性溶媒、非プロトン性溶媒、及びこれらの混合物を用いることができる。プロトン性極性溶媒としては、一価アルコール類（エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロブタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等）、多価アルコール類およびオキシアルコール化合物類（エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メトキシプロピレングリコール、ジメトキシプロパノール等）などが挙げられる。また、非プロトン性の極性溶媒としては、アミド系（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）、ラクトン類（γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−バレロラクトン等）、スルホラン系（スルホラン、３−メチルスルホラン、２，４−ジメチルスルホラン等）、環状アミド系（Ｎ─メチル─２─ピロリドン等）、カーボネイト類（エチレンカーボネイト、プロピレンカーボネイト、イソブチレンカーボネイト等）、ニトリル系（アセトニトリル等）、スルホキシド系（ジメチルスルホキシド等）、２−イミダゾリジノン系〔１，３−ジアルキル−２−イミダゾリジノン（１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、１，３−ジエチル−２−イミダゾリジノン、１，３−ジ（ｎ−プロピル）−２−イミダゾリジノン等）、１，３，４−トリアルキル−２−イミダゾリジノン（１，３，４−トリメチル−２−イミダゾリジノン等）〕などが代表として、挙げられる。なかでも、γ−ブチロラクトンを用いるとインピーダンス特性が向上するので好ましく、スルホラン、３−メチルスルホラン、２，４−ジメチルスルホランを用いると高温特性が向上するので好ましく、エチレングリコールを用いると耐電圧特性が向上するので好ましい。
【００１５】
そして、陽極電極箔と陰極電極箔とセパレータを巻回してコンデンサ素子を形成し、コンデンサ素子に前記の電解コンデンサ用電解液を含浸する。このコンデンサ素子を有底筒状のアルミニウムよりなる外装ケースに収納し、コンデンサ素子のリード線を封口体の貫通孔に挿通した後、開口部を封口して本発明の電解コンデンサは形成されるが、本発明においては有底筒状のアルミニウムケース内に吸水剤を備えている。吸水剤はフィルム状、板状、球状等のものをケース内に載置してもよいし、粉状、微粉末状のものをケース内に載置あるいはコンデンサ素子の端面、またはセパレータ、電極箔に付着させてもよい。また、電解コンデンサ用電解液に分散させてもよい。さらに、封口体に混在させてもよい。
【００１６】
ここで．吸水剤としては、無機系吸水剤、有機系吸水剤を挙げることができる。無機系吸水剤としては、活性炭、ゼオライト、モレキュラーシーブス、シリカゲル、活性アルミナ等の表面積の大きな無機物、アルギン酸カルシウムビーズ等の吸水性粒子、ＮｂＳ３  、ＮｂＳｅ２  、ＴａＳｅ２  等の遷移金属ダイカルコゲナイトやグラファイトのような層状物質、ＧｅＯ等の不飽和酸化物、ＣａＯ、ＢａＯ等アルカリ土類金属の酸化物、ＮｉＳＯ４  、ＬｉＣｌＯ４  、パラトルエンスルホン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム等の結晶水をもつ化合物、五酸化リン、硫酸カルシウム、酸化亜鉛、臭化亜鉛、及び無水硫酸銅等の無機化合物、リチウム、ベリリウム、カリウム、ナトリウム、マグネシウム、ルビジウム、ストロンチウム、カルシウム等の金属、およびＴｉＯ２  、ケイソウ土、活性炭、半水石膏を挙げることができる。
【００１７】
有機系吸水剤としては、デンプン、セルロース系（グラフト重合系、カルボキシメチル系：デンプン／ポリアクリル酸塩系、橋架けカルボキシメチル化セルロース系）、合成ポリマー系（アクリル系、アクリルアミド系、ポリオキシエチレン系、メタクリル系：橋架けポリアクリル酸塩系、アクリル繊維の加水分解物系）、イソブチレン／マレイン酸塩系、橋架けポリビニルアルコール系等の高吸水性高分子、アセチルセルロース、ブチルアセチルセルロース，ポリアミド、ユリア樹脂，ポリエステルサーリンＡ（アイオノマー），塩化ゴム等の有機物、イオン交換樹脂、ポリビニールアルコール、ナイロン等の分子内に−ＮＨ２  、−ＯＨ、ーＣＯＯＨ、−ＳＯ３  Ｈ、−ＯＨ、−ＮＨ−等の親水基を有して多くの水分を吸収して保持できる吸水性樹脂、ナフチレンジイソシアネート、４，４−    ジフェニルメタンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、イソプロピリデンビス（４−    シクロヘキシルイソシアネート）、シクロヘキシルジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアンート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイシシアネート、水添キシリレンジイソシアネートおよびビニルアルコールとアクリル酸の共重合体、デンプンとアクリロニトリルの共重合体、Ｃ６０（フラーレン）を挙げることができる。
【００１８】
以上の本発明の電解コンデンサは、低比抵抗特性を有し、火花電圧も高く、高温安定性も良好な電解コンデンサ用電解液を用いているので、低インピーダンス特性および１００Ｖ級の高耐電圧特性を有し、高温寿命特性、さらに耐湿特性も良好である。すなわち、四弗化アルミニウム塩を用い、耐湿試験を行った場合、封口部から浸透した水分によって、電解液と電極箔との反応性が大きくなって特性に影響を与えるが、本発明の電解コンデンサにおいては吸水剤を外装ケース内に備えているので、耐湿試験で浸透した水分を吸水剤が吸水するので、このような場合にも安定した特性を得ることができる。
【００１９】
【実施例】
次にこの発明について実施例を示して説明する。コンデンサ素子は陽極電極箔と陰極電極箔をセパレータを介して巻回して形成する。また陽極電極箔、陰極電極箔には陽極引出し用のリード線、陰極引出し用のリード線がそれぞれ接続されている。
【００２０】
これらのリード線は、電極箔に当接する接続部とこの接続部と一体に形成した丸棒部、および丸棒部の先端に固着した外部接続部からなる。また、接続部および丸棒部は９９％のアルミニウム、外部接続部は銅メッキ鉄鋼線（以下ＣＰ線という）からなる。このリード線の、少なくとも丸棒部の表面には、リン酸アンモニウム水溶液による化成処理により酸化アルミニウムからなる陽極酸化皮膜が形成されている。このリード線は、接続部においてそれぞれステッチや超音波溶接等の手段により両極電極箔に電気的に接続されている。
【００２１】
陽極電極箔は、純度９９．９％のアルミニウム箔を酸性溶液中で化学的あるいは電気化学的にエッチングして拡面処理した後、アジピン酸アンモニウムの水溶液中で化成処理を行い、その表面に陽極酸化皮膜層を形成したものを用いる。
【００２２】
そして、電解液を含浸したコンデンサ素子を、有底筒状のアルミニウムよりなる外装ケースに収納し、外装ケースの開口部に封口ゴムを装着するとともに、外装ケースの端部に絞り加工を施して外装ケースを密封する。封口ゴムは、リード線をそれぞれ導出する貫通孔を備えている。
【００２３】
本発明においては、この電解コンデンサの外装ケース内にモレキュラーシーブを載置した。
【００２４】
ここで用いた電解コンデンサ用電解液はγ−ブチロラクトン８０ｗｔ％、四弗化アルミン酸１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリニウム２０ｗｔ％であり、火花電圧は２０５Ｖ、比抵抗は３９Ωｃｍであった。なお、従来例の電解コンデンサ用電解液であるγ−ブチロラクトン８０ｗｔ％、フタル酸水素１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリニウム２０ｗｔ％の火花電圧は８０Ｖ、比抵抗は８３Ωｃｍであった。
【００２５】
以上のように構成した電解コンデンサの定格は、１００ＷＶ−２２μＦであり、これらの電解コンデンサの特性を評価した。試験条件は１２５℃、５００時間負荷である。その結果を（表１）に示す。また、耐湿特性を評価した。定格は、８０ＷＶ−１０μＦ試験条件は、８５℃、８５％ＲＨ、１０００時間無負荷である。その結果を（表２）に示す。
【００２６】
【表１】
2004165214.tif 000002
Ｃａｐ：静電容量、ｔａｎδ：誘電損失の正接、ΔＣａｐ：静電容量変化率
【００２７】
【表２】
2004165214.tif 000003
ＬＣ：漏れ電流
【００２８】
以上のように、実施例の電解コンデンサ用電解液の火花電圧は従来例に比べて高く、比抵抗も低い。そして、（表１）から分かるように、これを用いた１００Ｖの電解コンデンサのｔａｎδは低く、高温寿命特性も良好である。さらに、（表２）から分かるように、耐湿試験後の静電容量変化率、ｔａｎδ、漏れ電流の全ての特性について比較例では劣化しているが、実施例では安定しており、本発明の効果が明らかである。
【００２９】
【発明の効果】
この発明によれば、四弗化アルミニウム塩を含有する電解コンデンサ用電解液を用い、外装ケース内に吸水剤を備えているので、低インピーダンス特性、高耐電圧特性を有し、高温寿命特性、耐湿特性も良好な電解コンデンサを提供することができる。