(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムの陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回してなる巻回素子に、ケイ素を含む皮膜を形成し、熱処理してコンデンサ素子を得、該コンデンサ素子に導電性高分子の重合および／または駆動用電解液の含浸により電解質を形成し、
前記ケイ素を含む皮膜が、ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウム溶液に浸漬して形成され、
前記ケイ酸ナトリウムおよび／または前記ケイ酸カリウム溶液の二酸化ケイ素濃度が、０．００１〜０．５００ｗｔ％であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
【請求項２】
請求項１記載のセパレータが、紙、ガラス、または紙とガラスを混抄してなることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
【請求項３】
請求項２記載のセパレータのガラス繊維の混抄率が、１％以上２０％未満であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の前記ケイ酸ナトリウムおよび／または前記ケイ酸カリウム溶液の温度が、５０〜１１０℃であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
【請求項５】
請求項１記載の熱処理の温度が、２００〜５００℃であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製品の漏れ電流を抑制し、高周波におけるインピーダンス値を低減することができるアルミニウム電解コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の巻回型アルミニウム電解コンデンサには、アルミニウムの陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回してなるコンデンサ素子に、（イ）駆動用電解液（以下、電解液という）を含浸し、金属ケースに収納してなるコンデンサ、（ロ）巻回したコンデンサ素子に導電性高分子層を形成し、金属ケースに収納してなる固体コンデンサの２つのタイプがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の巻回型コンデンサにおいては、次のような問題があった。すなわち、
（イ）液体電解質を使用した場合：コンデンサの損失（ｔａｎδ）特性の改善が十分に行われず、高周波におけるインピーダンス値が高い。
（ロ）固体電解質を使用した場合：導電性高分子は、化成性が低いため、素子形成時に生じた化成皮膜の損傷部や陽極箔のスリット面からの漏れ電流を、十分に低減できない問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決しようとするもので、切口化成工程中にケイ素を含む皮膜形成処理と、熱処理を追加し、ケイ素を含む皮膜は、ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウム溶液に浸漬して形成され、ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウム溶液の二酸化ケイ素濃度を、０．００１〜０．５００ｗｔ％としている。このため、素子形成時に生じた化成皮膜の損傷部や陽極箔のスリット面からの漏れ電流を低減するとともに、固体電解質形成時の化成皮膜の損傷を抑制し、漏れ電流の上昇を防ぐことができる。
そして、紙を含むセパレータの場合は、紙が熱処理により炭化状態になり導電性高分子の重合率の低下を抑制すると共に抵抗値を低減でき、またガラスを含むセパレータの場合は、ケイ酸塩によりガラス繊維表面が溶解し凹凸が形成されるので、電解質を十分に保持することができ、漏れ電流・高周波でのインピーダンス特性に優れたコンデンサを得ることができる。
すなわち、アルミニウムの陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回してなる巻回素子に、ケイ素を含む皮膜を形成し、熱処理してコンデンサ素子を得、該コンデンサ素子に導電性高分子の重合および／または駆動用電解液の含浸により電解質を形成し、ケイ素を含む皮膜が、ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウム溶液に浸漬して形成され、ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウム溶液の二酸化ケイ素濃度が、０．００１〜０．５００ｗｔ％であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサである。
【０００５】
そして、上記セパレータが、紙、ガラス、または紙とガラスを混抄してなることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサである。
【０００６】
さらに、上記セパレータのガラス繊維の混抄率が、１％以上２０％未満であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサである。
【０００９】
さらに、上記ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウム溶液の温度が、５０〜１１０℃であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサである。
【００１０】
そして、上記熱処理の温度が、２００〜５００℃であることを特徴とするアルミニウム電解コンデンサである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、アルミニウムの陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回してなる巻回素子を形成後、素子の切口化成中にケイ酸塩溶液への浸漬処理と熱処理を行うことで、漏れ電流・高周波でのインピーダンス特性に優れたコンデンサを実現している。
【００１２】
【実施例】
（実施例１）エッチング・化成処理されたアルミニウム陽極箔とエッチング処理されたアルミニウム陰極箔とを、ガラス繊維混抄率１５％のマニラ紙からなるセパレータを介して巻回してなる巻回素子を作製した。該巻回素子をｐＨ６．０、温度４０℃に調整した１０ｗｔ％アジピン酸アンモニウム水溶液を化成液として切口化成後、温度９８℃に調整した二酸化ケイ素濃度が０．０２ｗｔ％のケイ酸ナトリウム水溶液に２０分間浸漬処理し、化成液中で再化成後、３５０℃で３０分間熱処理し、化成液中で再化成を行いコンデンサ素子を得た。次に電解質として、７８ｗｔ％γ−ブチロラクトン、２ｗｔ％エチレングリコール、２０ｗｔ％テトラメチルイミダゾリニウムハイドロゲンフタレートからなる電解液を上記コンデンサ素子に含浸し、６．３Ｖ４７μＦのアルミニウム電解コンデンサを１００個作製した。
【００１３】
（実施例２）実施例１の巻回素子に同様の処理をしコンデンサ素子を得た。電解質として、５０ｗｔ％ピロール、３０ｗｔ％エタノール、２０ｗｔ％純水からなるモノマー溶液に浸漬し、さらに７ｗｔ％過硫酸アンモニウム、３ｗｔ％ｐ−トルエンスルホン酸、９０ｗｔ％純水からなる溶液に浸漬後、５０℃で１０分間化学重合して導電性高分子を上記コンデンサ素子に形成後、７８ｗｔ％γ−ブチロラクトン、２ｗｔ％エチレングリコール、２０ｗｔ％テトラメチルイミダゾリニウムハイドロゲンフタレートからなる電解液を含浸し、６．３Ｖ４７μＦのアルミニウム電解コンデンサを１００個作製した。
【００１４】
（実施例３）実施例１の巻回素子に同様の処理をしコンデンサ素子を得た。電解質として、５０ｗｔ％ピロール、３０ｗｔ％エタノール、２０ｗｔ％純水からなるモノマー溶液に浸漬し、さらに７ｗｔ％過硫酸アンモニウム、３ｗｔ％ｐ−トルエンスルホン酸、９０ｗｔ％純水からなる溶液に浸漬後、５０℃で１０分間化学重合する工程を５回繰り返して導電性高分子を上記コンデンサ素子に形成し、６．３Ｖ４７μＦのアルミニウム固体電解コンデンサを１００個作製した。
【００１５】
（実施例４）エッチング・化成処理されたアルミニウム陽極箔とエッチング処理されたアルミニウム陰極箔とを、真綿繊維混抄率４０％のマニラ紙からなるセパレータを介して巻回してなる巻回素子を作製した。該巻回素子をｐＨ６．０、温度４０℃に調整した１０ｗｔ％アジピン酸アンモニウム水溶液を化成液として切口化成後、温度９８℃に調整した二酸化ケイ素濃度が０．０２ｗｔ％のケイ酸ナトリウム水溶液に２０分間浸漬処理し、化成液中で再化成後、３５０℃で３０分間熱処理し、化成液中で再化成を行いコンデンサ素子を得た。次に電解質として、５０ｗｔ％ピロール、３０ｗｔ％エタノール、２０ｗｔ％純水からなるモノマー溶液に浸漬し、さらに７ｗｔ％過硫酸アンモニウム、３ｗｔ％ｐ−トルエンスルホン酸、９０ｗｔ％純水からなる溶液に浸漬後、５０℃で１０分間化学重合する工程を８回繰り返して導電性高分子層を上記コンデンサ素子に形成し、６．３Ｖ４７μＦのアルミニウム電解コンデンサを１００個作製した。
【００１６】
（実施例５）エッチング・化成処理されたアルミニウム陽極箔とエッチング処理されたアルミニウム陰極箔とを、ガラスペーパーからなるセパレータを介して巻回してなる巻回素子を作製した。該巻回素子をｐＨ６．０、温度４０℃に調整した１０ｗｔ％アジピン酸アンモニウム水溶液を化成液として切口化成後、温度９８℃に調整した二酸化ケイ素濃度が０．０２ｗｔ％のケイ酸ナトリウム水溶液に２０分間浸漬処理し、化成液中で再化成後、３５０℃で３０分間熱処理し、化成液中で再化成を行いコンデンサ素子を得た。次に電解質として、５０ｗｔ％ピロール、３０ｗｔ％エタノール、２０ｗｔ％純水からなるモノマー溶液に浸漬し、さらに７ｗｔ％過硫酸アンモニウム、３ｗｔ％ｐ−トルエンスルホン酸、９０ｗｔ％純水からなる溶液に浸漬後、５０℃で１０分間化学重合する工程を３回繰り返して導電性高分子を上記コンデンサ素子に形成し、６．３Ｖ３３μＦのアルミニウム電解コンデンサを１００個作製した。
【００１７】
（従来例１）エッチング・化成処理されたアルミニウム陽極箔とエッチング処理されたアルミニウム陰極箔とを、マニラ紙からなるセパレータを介して巻回しコンデンサ素子を作製した。電解質として、７８ｗｔ％γ−ブチロラクトン、２ｗｔ％エチレングリコール、２０ｗｔ％テトラメチルイミダゾリニウムハイドロゲンフタレートからなる電解液を含浸し、６．３Ｖ４７μＦのアルミニウム電解コンデンサを１００個作製した。
【００１８】
（従来例２）エッチング・化成処理されたアルミニウム陽極箔とエッチング処理されたアルミニウム陰極箔とを、ガラス繊維混抄率１５％のマニラ紙からなるセパレータを介して巻回してなる巻回素子を作製した。該巻回素子をｐＨ６．０、温度４０℃に調整した１０ｗｔ％アジピン酸アンモニウム水溶液を化成液として切口化成後、３５０℃で３０分間熱処理し、化成液中で再化成を行いコンデンサ素子を得た。電解質として、５０ｗｔ％ピロール、３０ｗｔ％エタノール、２０ｗｔ％純水からなるモノマー溶液に浸漬し、さらに７ｗｔ％過硫酸アンモニウム、３ｗｔ％ｐ−トルエンスルホン酸、９０ｗｔ％純水からなる溶液に浸漬後、５０℃で１０分間化学重合する工程を５回繰り返して導電性高分子を上記コンデンサ素子に形成し、６．３Ｖ４７μＦのアルミニウム固体電解コンデンサを１００個作製した。
【００１９】
（従来例３）エッチング・化成処理されたアルミニウム陽極箔とエッチング処理されたアルミニウム陰極箔とを、ガラスセパレータを介して巻回してなる巻回素子を作製した。該巻回素子をｐＨ６．０、温度４０℃に調整した１０ｗｔ％アジピン酸アンモニウム水溶液を化成液として切口化成を行いコンデンサ素子を得た。電解質として、５０ｗｔ％ピロール、３０ｗｔ％エタノール、２０ｗｔ％純水からなるモノマー溶液に浸漬し、さらに７ｗｔ％過硫酸アンモニウム、３ｗｔ％ｐ−トルエンスルホン酸、９０ｗｔ％純水からなる溶液に浸漬後、５０℃で１０分間化学重合する工程を３回繰り返して導電性高分子を上記コンデンサ素子に形成し、６．３Ｖ３３μＦのアルミニウム固体電解コンデンサを１００個作製した。
【００２０】
実施例１〜５、従来例１〜３で作製した製品について、静電容量、ｔａｎδ、漏れ電流、１００ｋＨｚでのインピーダンスを測定し表１の結果を得た。
【００２１】
【表１】
0004074395.tif 000002
【００２２】
表１から明らかなように、本発明の実施例１、２のコンデンサは、従来例１に比較し、ｔａｎδ、漏れ電流、インピーダンスが低く優れていることが分かる。さらに、本発明の実施例３、４と従来例２、ガラスセパレータを使用した実施例５と従来例３とを比較しても、同様の結果であることが分かる。
【００２３】
また、ガラス繊維混抄率と電解質保持量の相対値との特性を図１に、ガラス繊維混抄率と製品ｔａｎδとの特性を図２に示したように、紙に混抄するガラス繊維の混抄率は、１％未満では電解質の保持効果がなく、２０％以上では、製品のｔａｎδが高くなるとともに、素子が巻き難くなるので作業性が低下する。従って、ガラス繊維の混抄率は、１％以上２０％未満が好ましい。
なお、実施例では紙にマニラ紙または真綿繊維混抄紙を使用したが、クラフト紙、真綿以外の動物性繊維混抄紙でもよく、これらを混合しても同様の効果がある。セパレータの厚みに特に制限はないが、好ましくは１０〜１００μｍである。
【００２４】
ケイ酸塩溶液中の二酸化ケイ素濃度と製品漏れ電流との特性図を図３に示した。ケイ酸塩溶液中の二酸化ケイ素濃度は、０．００１ｗｔ％未満では漏れ電流低減の効果が少なく、０．５００ｗｔ％を超えるとガラスの溶出量が多くなり、電解質の保持効果が減少するとともに、巻回素子との反応が激しく制御が難しくなる問題がある。従って、二酸化ケイ素濃度は、０．００１〜０．５００ｗｔ％が好ましい。なお、実施例にはケイ酸ナトリウムを使用したが、ケイ酸カリウムでも同様の効果があり、また、両者を混合したものでも同様の効果がある。
【００２５】
ケイ酸塩溶液の温度は、５０℃未満では反応が進行し難い問題があり、１１０℃を超えると反応が激しく制御し難い問題がある。従って、５０〜１１０℃が好ましい。１００℃を超える温度で処理する場合、有機溶媒を使用する以外に、水溶液にエチレングリコール等の副溶媒を添加することで可能となる。また、浸漬処理時間は、浸漬処理温度、巻回素子径、材料構成等により異なるが、１分〜２時間が好ましい。
【００２６】
熱処理温度と漏れ電流との特性図を図４に示した。熱処理温度が２００℃未満では漏れ電流抑制の効果が少なく、５００℃を超えると化成皮膜の結晶化が進み、漏れ電流が増加する問題がある。従って、熱処理温度は、２００〜５００℃が好ましい。また、熱処理時間は、熱温度、コンデンサ素子径、材料構成等により異なるが、３分〜１５時間が好ましい。
【００２７】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、切口化成工程中にケイ素を含む皮膜形成処理と、熱処理を追加し、ケイ素を含む皮膜は、ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウム溶液に浸漬して形成され、ケイ酸ナトリウムおよび／またはケイ酸カリウム溶液の二酸化ケイ素濃度を、０．００１〜０．５００ｗｔ％としている。このため、素子形成時に生じた化成皮膜の損傷部や陽極箔のスリット面からの漏れ電流を低減するとともに、固体電解質形成時の化成皮膜の損傷を抑制し、漏れ電流の上昇を防ぐことができる。そして、紙を含むセパレータの場合は、紙が熱処理により炭化状態になり導電性高分子の重合率の低下を抑制すると共に抵抗値が低減でき、またガラスを含むセパレータの場合は、ケイ酸塩によりガラス繊維表面が溶解し、適度な凹凸が形成されるので、電解質とのなじみが改善され、電解液を十分に保持することができるので、製品の電気特性が改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラス繊維混抄率と電解質保持量の相対値との特性図。
【図２】ガラス繊維混抄率と製品ｔａｎδとの特性図。
【図３】二酸化ケイ素濃度と製品漏れ電流との特性図。
【図４】熱処理温度と漏れ電流との特性図。
【図１】
0004074395.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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