JP2017027992A - Solid electrolytic capacitor and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体電解コンデンサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid electrolytic capacitor and a method for manufacturing the same.
固体電解コンデンサとして、表面に誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子の陽極箔上に、導電性高分子層を形成したものや、誘電体酸化皮膜を形成した陽極箔に導電性高分子層を形成した後、積層したコンデンサ素子や、弁作用金属の粉体を焼結後、誘電体酸化皮膜を形成したコンデンサ素子に導電性高分子層を形成したものが知られている。 As a solid electrolytic capacitor, a conductive polymer layer is formed on an anode foil of a capacitor element in which an anode foil having a dielectric oxide film formed on a surface and a cathode foil are wound through a separator, After forming a conductive polymer layer on the anode foil on which the body oxide film is formed, the conductive polymer is applied to the capacitor element on which the laminated capacitor element and the valve action metal powder are sintered, and then the capacitor element on which the dielectric oxide film is formed. What formed the layer is known.
固体電解コンデンサは一般的に、アルミニウム、タンタル、ニオブ等の弁作用金属からなり、表面にエッチングピットや微細孔が形成された陽極体(陽極箔または焼結体)を備えており、陽極体の表面に誘電体酸化皮膜を形成し、この誘電体酸化皮膜上に導電性高分子層を形成させて、電極を引き出して構成される。この導電性高分子層は、電解コンデンサにおける真の陰極としての役割を担っており、電解コンデンサの電気特性に大きな影響を及ぼす。 A solid electrolytic capacitor is generally made of a valve metal such as aluminum, tantalum, or niobium, and includes an anode body (anode foil or sintered body) having etching pits and fine holes formed on the surface. A dielectric oxide film is formed on the surface, a conductive polymer layer is formed on the dielectric oxide film, and electrodes are drawn out. This conductive polymer layer plays a role as a true cathode in the electrolytic capacitor, and greatly affects the electrical characteristics of the electrolytic capacitor.
導電性高分子層とは、電子導電性である固体の電解質を含む層であって、ポリチオフェンの誘導体であるポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールなどの導電性高分子を固体電解質として用いることが知られている(特許文献1)。 A conductive polymer layer is a layer containing a solid electrolyte that is electronically conductive, and a conductive polymer such as polyethylenedioxythiophene (PEDOT), polythiophene, polyaniline, or polypyrrole, which is a derivative of polythiophene, is a solid electrolyte. It is known to use as (patent document 1).
このような導電性高分子層を形成する方法として、予め酸化剤とモノマーとの混合液を調製し、この混合液にコンデンサ素子を浸漬して含浸する方法や、酸化剤とモノマーとを別々に順次コンデンサ素子に含浸する方法がある。例えば、特許文献2記載の固体電解コンデンサは、重合性モノマーと酸化剤とを混合した混合液にコンデンサ素子を浸漬し、コンデンサ素子内で導電性ポリマーの重合反応を発生させている。そして、固体電解質層を形成した後に、このコンデンサ素子を所定のイオン伝導性物質に浸漬して、コンデンサ素子内の空隙部にイオン伝導性物質を充填することによって、高温リフロー下における耐電圧特性の劣化を防止している。
上記の方法はいずれも、コンデンサ素子上で重合反応を進行させながら導電性高分子層を形成するものであるが、これらの方法には、重合の進行に伴う溶液粘度の変化や、酸化剤とモノマーとの混合が不十分になることなど工程管理上の困難があることも知られていた。
As a method for forming such a conductive polymer layer, a mixed solution of an oxidizing agent and a monomer is prepared in advance, and a capacitor element is immersed in the mixed solution and impregnated, or the oxidizing agent and the monomer are separately provided. There is a method of sequentially impregnating capacitor elements. For example, in the solid electrolytic capacitor described in
Each of the above methods forms a conductive polymer layer while a polymerization reaction proceeds on a capacitor element. These methods include changes in solution viscosity accompanying the progress of polymerization, It has also been known that there are difficulties in process control such as insufficient mixing with monomers.
一方、予め重合反応させた導電性高分子を含む分散液を、コンデンサ素子に含浸および乾燥し、塗膜とすることで導電性高分子層を形成する方法も知られている。この方法は、誘電体酸化皮膜上で重合反応を行う必要がないため、工程の制御が比較的容易であり量産性の面で有利であるという特徴がある(特許文献3)。 On the other hand, a method of forming a conductive polymer layer by impregnating and drying a dispersion liquid containing a conductive polymer that has been polymerized in advance to form a coating film is also known. Since this method does not require a polymerization reaction on the dielectric oxide film, the process is relatively easy to control and is advantageous in terms of mass productivity (Patent Document 3).
特許文献3の発明は、導電性高分子であるポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸(PSS)との水分散体である商品名Baytron−P(BAYTRONは登録商標、ドイツ・スタルク社製)を導電性高分子層の形成に用いており、導電性高分子層における導電性の向上(等価直列抵抗(ESR)増加の回避)と電気的特性の長期信頼性の向上を目的としている。特許文献3の発明では、まず陽極酸化皮膜が形成され、その表面にプリコート層(ポリスチレンスルホン酸を塗布・乾燥した層)及び内部導電性高分子層(化学酸化重合によって形成される、比較的分子量の小さい導電性高分子の膜)が形成された陽極体を準備する。次いで、PEDOTおよびPSSを含む水分散液に、ナフタレンスルホン酸類、高分子量PSS、ホウ酸、マンニトールやグリコール類及び水を含む溶液を混合し、それにより高分子重合溶液を作製する。そして、この重合溶液を前記の陽極体に塗布又は含浸し、乾燥することによって導電性高分子層を設けることを特徴とする。
The invention of
ところで、固体電解コンデンサの用途が拡大するにつれて、より厳しい環境下でも問題なく使用できるコンデンサが求められている。
そこで、高温・高湿度下における電気特性の変化を小さくするために、コンデンサ素子をポリエチレングリコール(沸点:約250℃)等の高沸点溶媒を含浸させることが提案されている。しかしながら、高沸点溶媒としてポリエチレングリコールのみを含浸させた場合、85℃−85%RH等の高湿度雰囲気においては良好な特性を呈すが、近年要求されている125℃以上の高温度雰囲気下及び温度サイクル試験の厳しい条件下においては、酸化劣化による特性変化が大きくなるという課題があった。
By the way, as the use of solid electrolytic capacitors expands, there is a demand for capacitors that can be used without problems even in harsher environments.
Accordingly, it has been proposed to impregnate the capacitor element with a high boiling point solvent such as polyethylene glycol (boiling point: about 250 ° C.) in order to reduce the change in electrical characteristics under high temperature and high humidity. However, when impregnated only with polyethylene glycol as a high boiling point solvent, it exhibits good characteristics in a high humidity atmosphere such as 85 ° C.-85% RH, but in a high temperature atmosphere of 125 ° C. or higher and a temperature required recently. Under severe conditions of the cycle test, there has been a problem that the characteristic change due to oxidative degradation becomes large.
本発明は、このような従来技術における問題点を解決し、125℃以上の高温度雰囲気下でも静電容量の変化が少なく、低いESRが維持され、温度サイクル特性に優れた固体電解コンデンサを提供することを課題とする。 The present invention solves such problems in the prior art, and provides a solid electrolytic capacitor excellent in temperature cycle characteristics with little change in capacitance even under a high temperature atmosphere of 125 ° C. or higher, low ESR maintained. The task is to do.
上記の課題を解決可能な本発明の固体電解コンデンサは、誘電体酸化皮膜が形成されたコンデンサ素子に、少なくとも1回、ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸を基本組成とする分散溶液を含浸および乾燥させることによって誘電体酸化皮膜の表面に電解質が形成された固体電解コンデンサにおいて、前記コンデンサ素子内に、
ポリエチレングリコールと、
(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物(但し、Rは炭素数1〜4のアルキル基を示し、nは整数を示す)と
が含まれることを特徴とし、この際、nは1〜50が好ましい。
The solid electrolytic capacitor of the present invention capable of solving the above problems is impregnated with a dispersion solution having a basic composition of polyethylenedioxythiophene / polystyrenesulfonic acid at least once on a capacitor element on which a dielectric oxide film is formed and dried. In the solid electrolytic capacitor in which the electrolyte is formed on the surface of the dielectric oxide film, in the capacitor element,
Polyethylene glycol,
(—CH 2 —CH (R) —O—) is a compound having a chemical structure of n (where R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n represents an integer). In this case, n is preferably 1 to 50.
また、本発明は、上記の特徴を有した固体電解コンデンサにおいて、前記の(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物が、ポリオキシプロピレングリセリルエーテル、ポリオキシプロピレンまたはその誘導体(ポリオキシプロピレントリメチロールプロパンエーテル、ポリオキシプロピレンソルビトールエーテル)であることを特徴とするものである。 Further, the present invention provides the solid electrolytic capacitor having the above characteristics, wherein the compound containing the chemical structure of (—CH 2 —CH (R) —O—) n is polyoxypropylene glyceryl ether, polyoxypropylene Or a derivative thereof (polyoxypropylene trimethylolpropane ether, polyoxypropylene sorbitol ether).
さらに、本発明は、上記の特徴を有した固体電解コンデンサにおいて、前記の(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物が、ポリエチレングリコール重量の0.5〜5倍の重量で含有されていることを特徴とするものでもある。 Further, according to the present invention, in the solid electrolytic capacitor having the above characteristics, the compound containing the chemical structure of (—CH 2 —CH (R) —O—) n is 0.5 to 5 in weight of polyethylene glycol. It is also characterized by being contained in double weight.
また、本発明は、上記の特徴を有した固体電解コンデンサにおいて、前記の(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物の数平均分子量が、400〜4000であることを特徴とするものでもある。 In the solid electrolytic capacitor having the above characteristics according to the present invention, the number average molecular weight of the compound containing the chemical structure of (—CH 2 —CH (R) —O—) n is 400 to 4000. It is also a feature.
また、本発明は、上記の特徴を有した固体電解コンデンサを製造するための方法でもあり、当該製造方法は、
誘電体酸化皮膜が形成されたコンデンサ素子を、PEDOT/PSSを基本組成とする分散溶液に含浸および乾燥させる工程と、ポリエチレングリコールと、(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物(但し、Rは炭素数1〜4のアルキル基を示し、nは整数を示す)
を含む混合溶液に含浸させる工程
を含むことを特徴とする。
The present invention is also a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor having the above characteristics,
Impregnating and drying a capacitor element on which a dielectric oxide film is formed in a dispersion solution having a basic composition of PEDOT / PSS, chemistry of polyethylene glycol, and (—CH 2 —CH (R) —O—) n Compound containing structure (wherein R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n represents an integer)
A step of impregnating a mixed solution containing
本発明の固体電解コンデンサにおいては、誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に、ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)を基本組成とする分散溶液を少なくとも1回含浸および乾燥させることによって導電性高分子層が形成されており、PEDOT/PSSからなる層で構成された導電性高分子層により、導電性の高い固体電解コンデンサが得られる。 In the solid electrolytic capacitor of the present invention, polyethylene dioxythiophene / polystyrene sulfonic acid (PEDOT / PSS) is applied to a capacitor element in which an anode foil on which a dielectric oxide film is formed and a cathode foil are wound through a separator. The conductive polymer layer is formed by impregnating and drying the dispersion solution having the basic composition at least once, and the conductive polymer layer composed of the layer made of PEDOT / PSS is used to perform solid electrolysis with high conductivity. A capacitor is obtained.
なお、本発明では、上記の導電性高分子層が水分の影響により膨潤するのを抑制し、固体電解コンデンサの耐湿性を向上させるために、予め誘電体酸化皮膜上にポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン又はその誘導体を含む溶液を含浸および乾燥させることによって第一の導電性高分子層を形成しておくことが好ましく、この上に第二の導電性高分子層としてPEDOT/PSS層が形成される。
また、本発明の固体電解コンデンサにおけるセパレータとしては、加水分解性を有さないセパレータ、例えば、ポリアクリロニトリル、アラミドを主体とするセパレータであることが好ましく、このようなセパレータを用いることで、特に高温領域において、より耐久性に優れた固体電解コンデンサを得ることができる。
In the present invention, in order to suppress the swelling of the conductive polymer layer due to the influence of moisture and improve the moisture resistance of the solid electrolytic capacitor, polythiophene, polypyrrole, polyaniline or It is preferable to form a first conductive polymer layer by impregnating and drying a solution containing the derivative, and a PEDOT / PSS layer is formed thereon as the second conductive polymer layer.
Further, as the separator in the solid electrolytic capacitor of the present invention, a separator having no hydrolyzability, for example, a separator mainly composed of polyacrylonitrile or aramid is preferable. In the region, a solid electrolytic capacitor having higher durability can be obtained.
本発明の固体電解コンデンサにあっては、コンデンサ素子内に、ポリエチレングリコールと、(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物(但し、Rは炭素数1〜4のアルキル基を示す)を含む混合溶液が含浸されており、本発明において好ましい(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物としては、Rがメチル基で、このオキシプロピレン繰り返し構造がグリセリンのOH基に結合したポリオキシプロピレングリセリルエーテルや、化学構造式がHO(−CH2−CH(CH3)−O−)nHで表されるポリオキシプロピレン等が挙げられる。なお、本発明では、前記の(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物が、ポリエチレングリコール重量の0.5〜5倍の重量で混合されていることがより好ましい。 In the solid electrolytic capacitor of the present invention, a polyethylene glycol and a compound containing a chemical structure of (—CH 2 —CH (R) —O—) n (where R is 1 to 4 carbon atoms) in the capacitor element. A compound containing a chemical structure of (—CH 2 —CH (R) —O—) n which is preferable in the present invention, R is a methyl group, Examples include polyoxypropylene glyceryl ether in which the oxypropylene repeating structure is bonded to the OH group of glycerin, and polyoxypropylene in which the chemical structural formula is represented by HO (—CH 2 —CH (CH 3 ) —O—) n H. It is done. In the present invention, the compound containing the chemical structure of (—CH 2 —CH (R) —O—) n is preferably mixed in a weight of 0.5 to 5 times the weight of polyethylene glycol. preferable.
次に、上記の本発明の固体電解コンデンサを製造するための本発明の製法について説明する。本発明の製造方法における最初の工程では、誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に、導電性高分子が溶解された溶液を含浸及び乾燥させて、誘電体酸化皮膜上に第一の導電性高分子層を形成させる。この際、導電性高分子が溶解された溶液としては、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン又はその誘導体のいずれかが溶解された溶液であることが好ましく、固体電解コンデンサのセパレータは、加水分解性を有さないセパレータであることが好ましい。
本発明では、導電性高分子が溶解された溶液として上記のものを用いることで、汎用的な方法で陽極箔表面に導電性高分子層を一層形成することが可能である。また、導電性高分子の溶液を用いることによって、陽極酸化皮膜上で重合反応を行う場合よりも均一に導電性高分子層を形成することが可能であり、また、コンデンサ素子内に未反応モノマーや酸化剤等の不要物質が残存することがないため、固体電解コンデンサの耐湿性を向上させると共に電気特性を改善することが可能である。
Next, the production method of the present invention for producing the solid electrolytic capacitor of the present invention will be described. In the first step in the production method of the present invention, a capacitor element obtained by winding an anode foil with a dielectric oxide film and a cathode foil wound through a separator is impregnated with a solution in which a conductive polymer is dissolved. A first conductive polymer layer is formed on the dielectric oxide film by drying. At this time, the solution in which the conductive polymer is dissolved is preferably a solution in which any of polythiophene, polypyrrole, polyaniline or a derivative thereof is dissolved, and the separator of the solid electrolytic capacitor has hydrolyzability. It is preferable that there is no separator.
In the present invention, by using the above-mentioned solution in which the conductive polymer is dissolved, it is possible to form a single layer of the conductive polymer layer on the anode foil surface by a general method. Also, by using a conductive polymer solution, it is possible to form a conductive polymer layer more uniformly than when a polymerization reaction is carried out on the anodized film, and unreacted monomers in the capacitor element. Since unnecessary substances such as oxidants and oxidants do not remain, it is possible to improve the moisture resistance of the solid electrolytic capacitor and improve the electrical characteristics.
そして、本発明の製造方法における次の工程では、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸とを含む分散液を、コンデンサ素子に含浸及び乾燥させることで、第一の導電性高分子層上に第二の導電性高分子層(PEDOT/PSS層)を形成させる。このようなポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸との分散液を使用した場合には、コンデンサ素子内に酸化剤やモノマー成分が残存することが少なくなり、特に高温度下における誘電体皮膜の劣化が抑えられ、これにより、低温領域における静電容量の変化が小さく、また、高温度下においてもコンデンサの特性変化が少ない固体電解コンデンサを得ることができる。 In the next step of the production method of the present invention, the capacitor element is impregnated and dried with a dispersion liquid containing polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid, so that the second conductive material is formed on the first conductive polymer layer. The conductive polymer layer (PEDOT / PSS layer) is formed. When such a dispersion of polyethylene dioxythiophene and polystyrene sulfonic acid is used, the oxidizer and monomer components are less likely to remain in the capacitor element, and deterioration of the dielectric film particularly at high temperatures. Thus, it is possible to obtain a solid electrolytic capacitor in which the capacitance change in the low temperature region is small and the capacitor characteristic change is small even at a high temperature.
本発明の製造方法における最終工程では、ポリエチレングリコールと、(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物とを含む混合溶液を減圧下で一定時間、コンデンサ素子に含浸させる。ポリエチレングリコールを単体で含浸させた場合には、高温度雰囲気下、温度サイクル試験時に自動酸化劣化により短時間で特性が悪化するが、(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物と混合することによって熱酸化劣化の反応性が抑制され、耐高温度特性及び温度サイクル特性が改善する。 In the final step in the production method of the present invention, a capacitor element is impregnated with a mixed solution containing polyethylene glycol and a compound containing a chemical structure of (—CH 2 —CH (R) —O—) n for a certain period of time under reduced pressure. Let When polyethylene glycol is impregnated alone, the properties deteriorate in a short time due to auto-oxidation degradation during a temperature cycle test in a high temperature atmosphere, but the chemistry of (—CH 2 —CH (R) —O—) n By mixing with a compound containing a structure, the reactivity of thermal oxidative degradation is suppressed, and the high temperature resistance and temperature cycle characteristics are improved.
本発明によれば、125℃以上の高温度雰囲気下でも静電容量の変化が少なく、低いESRが維持され、温度サイクル特性に優れた固体電解コンデンサが得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a solid electrolytic capacitor that has little change in capacitance even under a high temperature atmosphere of 125 ° C. or higher, maintains low ESR, and has excellent temperature cycle characteristics.
図1はコンデンサ素子の概要を示す分解斜視図である。コンデンサ素子4内には、陽極箔1と陰極箔3がセパレータ2を介して巻回されて収納されており、陽極箔に接続された陽極リード線5及び陰極箔に接続された陰極リード線6が引き出されている。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an outline of a capacitor element. In the capacitor element 4, an
本発明の固体電解コンデンサの陽極箔は、所定の幅の平板状の弁作用金属の表面をエッチング処理で粗面化した後に化成酸化処理を行って、表面上に誘電体酸化皮膜が形成されたものを用いる。弁金属作用としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタンから選択される少なくとも一つを含む金属が好ましく、中でもアルミニウムが好ましい。 The anode foil of the solid electrolytic capacitor of the present invention was formed by subjecting the surface of a plate-like valve action metal having a predetermined width to a rough surface by etching treatment, followed by chemical oxidation treatment to form a dielectric oxide film on the surface. Use things. As the valve metal action, a metal containing at least one selected from aluminum, tantalum, niobium, and titanium is preferable, and aluminum is particularly preferable.
エッチング処理および化成酸化処理は公知の方法で行うことが可能であり、購入品を用いることもできる。例えば、化成酸化処理に用いる化成液は、カルボン酸基を有する有機酸塩類、リン酸等の無機酸塩類の溶質を有機溶媒又は無機溶媒に溶解した化成液が使用できる。 Etching treatment and chemical oxidation treatment can be performed by known methods, and purchased products can also be used. For example, the chemical conversion liquid used for the chemical conversion treatment may be a chemical conversion liquid in which a solute of an organic acid salt having a carboxylic acid group or an inorganic acid salt such as phosphoric acid is dissolved in an organic solvent or an inorganic solvent.
陽極箔は前述のとおりセパレータ及び陰極箔とともに巻回されるが、巻回後に、陽極箔の切り口や外部引き出し電極の取り付け時に欠損した誘電体酸化皮膜を修復するために、修復化成を行う。修復化成のための化成液としては、カルボン酸基を有する有機酸塩類、リン酸等の無機酸塩類の溶質を有機溶媒又は無機溶媒に溶解した化成液が使用できる。 As described above, the anode foil is wound together with the separator and the cathode foil, and after the winding, restoration conversion is performed in order to repair the dielectric oxide film that is lost when the cut end of the anode foil or the external lead electrode is attached. As a chemical conversion liquid for restoration chemical conversion, a chemical conversion liquid in which a solute of an organic acid salt having a carboxylic acid group or an inorganic acid salt such as phosphoric acid is dissolved in an organic solvent or an inorganic solvent can be used.
そして次に、誘電体酸化皮膜上に第一の導電性高分子層を形成する。第一の導電性高分子層は、溶液タイプの導電性高分子溶液を含浸・乾燥することによって形成されることが好ましい。第一の導電性高分子層は、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンまたはその誘導体を主体とする溶液を用いて形成されること、つまり、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン又はその誘導体を主体とする導電性高分子層であることが好ましい。溶液における導電性高分子の濃度は0.1〜2.0wt%が好ましく、溶媒としてはアルコールやエーテル類、芳香族系を問わず、導電性高分子を溶解し且つ、250℃未満の乾燥温度にて蒸散可能な溶媒を用いることができる。乾燥条件は、溶媒を除去可能かつコンデンサ素子に悪影響を及ぼさない限り制限されないが、例えば100〜250℃で30〜120分、乾燥させることができる。第一の導電性高分子層を形成するための溶液として、特に好ましくは、0.5〜1.5wt%のポリアニリン/エタノール溶液を用い、150℃で30分乾燥させることにより形成できる。ポリアニリンのドーパントには、例えば、スルホコハク酸エステルを用いることができる。 Next, a first conductive polymer layer is formed on the dielectric oxide film. The first conductive polymer layer is preferably formed by impregnating and drying a solution type conductive polymer solution. The first conductive polymer layer is formed using a solution mainly composed of polythiophene, polypyrrole, polyaniline or a derivative thereof, that is, a conductive polymer layer mainly composed of polythiophene, polypyrrole, polyaniline or a derivative thereof. It is preferable that The concentration of the conductive polymer in the solution is preferably 0.1 to 2.0% by weight, and the solvent dissolves the conductive polymer regardless of alcohol, ethers or aromatic solvent, and the drying temperature is less than 250 ° C. A solvent capable of being evaporated at a temperature can be used. The drying conditions are not limited as long as the solvent can be removed and the capacitor element is not adversely affected. For example, the drying can be performed at 100 to 250 ° C. for 30 to 120 minutes. Particularly preferably, the solution for forming the first conductive polymer layer can be formed by using a polyaniline / ethanol solution of 0.5 to 1.5 wt% and drying at 150 ° C. for 30 minutes. As the polyaniline dopant, for example, a sulfosuccinate can be used.
このようにして形成された第一の導電性高分子層の上には、第二の導電性高分子層が形成される。第二の導電性高分子層は、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸(PSS)とを含むポリマー分散液に、コンデンサ素子を浸漬・含浸させた後、乾燥によって水分を除去することによって形成されることが好ましい。PEDOT/PSS分散液としては、溶媒として水を使用したものが好ましく、分散液中のPEDOT/PSSの濃度を0.5〜3.0wt%として作製したものを用いてもよい。第二の導電性高分子層を形成する際、含浸を常圧下で行ってもよいが、減圧下で行うことも好ましい。また、含浸及び乾燥は、2回以上繰り返して行うことができる。乾燥条件は、溶媒を除去可能かつコンデンサ素子に悪影響を及ぼさない限り制限されないが、例えば85〜150℃で30〜120分、乾燥させることができる。特に好ましくは、1.0wt%のPEDOT/PSSを含むポリマー分散体溶液を用いて、10kPaの減圧下で15分間浸漬・含浸させ、100℃で60分乾燥を行う工程を3回繰り返すことによって、第二の導電性高分子層を形成することができる。 A second conductive polymer layer is formed on the first conductive polymer layer thus formed. The second conductive polymer layer is formed by immersing and impregnating the capacitor element in a polymer dispersion containing polyethylene dioxythiophene (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid (PSS), and then removing moisture by drying. Preferably it is formed. As the PEDOT / PSS dispersion, those using water as the solvent are preferable, and those prepared with the concentration of PEDOT / PSS in the dispersion being 0.5 to 3.0 wt% may be used. When forming the second conductive polymer layer, the impregnation may be performed under normal pressure, but it is also preferable to perform it under reduced pressure. The impregnation and drying can be repeated twice or more. The drying conditions are not limited as long as the solvent can be removed and the capacitor element is not adversely affected. For example, drying can be performed at 85 to 150 ° C. for 30 to 120 minutes. Particularly preferably, by repeating the step of immersing and impregnating for 15 minutes under a reduced pressure of 10 kPa using a polymer dispersion solution containing 1.0 wt% PEDOT / PSS and drying at 100 ° C. for 60 minutes, A second conductive polymer layer can be formed.
そして、上記の工程により導電性高分子層を形成させたコンデンサ素子を、ポリエチレングリコールと、(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物とを含む混合溶液を減圧下(例えば10kPa)で一定時間(例えば30分間)、コンデンサ素子に含浸させ、その後、このコンデンサ素子を金属ケースに収納し、金属ケースの開口部をカーリングし、150℃程度の温度条件にてコンデンサに定格電圧を印加してエージング処理を施すことにより、本発明の固体電解コンデンサが得られる。 Then, the capacitor element in which the conductive polymer layer is formed by the above process is reduced in pressure with respect to a mixed solution containing polyethylene glycol and a compound containing a chemical structure of (—CH 2 —CH (R) —O—) n. The capacitor element is impregnated for a certain period of time (for example, 30 minutes) at a lower temperature (for example, 10 kPa), and then the capacitor element is housed in a metal case, the opening of the metal case is curled, and the capacitor is heated at about 150 ° C. The solid electrolytic capacitor of the present invention can be obtained by applying an aging treatment by applying a rated voltage to the capacitor.
以下に、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
[実施例1]
所定の幅に切断された陽極箔及び陰極箔に外部引き出し電極用のタブ端子を接続した。陽極箔は、弁金属としてアルミニウム箔を用い、弁金属の表面にエッチング処理及び化成処理を施すことによって、誘電体酸化皮膜が形成されたものを用いた。
前記の陽極箔及び、表面に酸化チタンが形成された陰極箔を、ポリアクリロニトリルを主体としたセパレータを介して巻回し、巻回素子を完成した。
続いて、陽極箔の切り口や外部引き出し電極取り付け時に欠損した誘電体酸化皮膜の修復、いわゆる化成処理を行った。アジピン酸アンモニウムを水溶媒に溶解させた0.5〜3wt%の化成液を用いて、誘電体酸化皮膜の化成電圧値に近似した電圧を印加し、化成処理を行った。
[Example 1]
A tab terminal for an external lead electrode was connected to the anode foil and the cathode foil cut to a predetermined width. As the anode foil, an aluminum foil was used as a valve metal, and the surface of the valve metal was subjected to an etching treatment and a chemical conversion treatment to form a dielectric oxide film.
The anode foil and the cathode foil having titanium oxide formed on the surface were wound through a separator mainly composed of polyacrylonitrile, thereby completing a wound element.
Subsequently, a so-called chemical conversion treatment was performed to repair the dielectric oxide film that was missing when the anode foil was cut or the external lead electrode was attached. Using a 0.5 to 3 wt% chemical conversion solution in which ammonium adipate was dissolved in an aqueous solvent, a voltage approximate to the chemical conversion voltage value of the dielectric oxide film was applied to perform chemical conversion treatment.
次に、固体電解コンデンサの陰極層である導電性高分子層の形成を行った。
まず、巻回素子に1.0wt%ポリアニリン/エタノール溶液を含浸し、150℃で30分乾燥させることで第一の導電性高分子層を形成させた。
その後、1.0wt%のPEDOT/PSSを含むポリマー分散体溶液を10kPaの減圧下で15分間浸漬・含浸させ、100℃で60分加熱することによって水分を除去した。この含浸及び乾燥を3回繰り返して、第二の導電性高分子層を形成させた。
さらに、ポリエチレングリコール(三洋化成工業社製のPEG−600、水酸基価から求めた数平均分子量:600)とポリオキシプロピレングリセリルエーテル(三洋化成工業社製のサンニックスGP−400、水酸基価から求めた数平均分子量:400)を40:60の重量比率で混合し、この混合溶液に上記巻回素子を10kPa減圧下で30分含浸させた。
Next, a conductive polymer layer that is a cathode layer of the solid electrolytic capacitor was formed.
First, the wound element was impregnated with a 1.0 wt% polyaniline / ethanol solution and dried at 150 ° C. for 30 minutes to form a first conductive polymer layer.
Thereafter, a polymer dispersion solution containing 1.0 wt% PEDOT / PSS was immersed and impregnated under a reduced pressure of 10 kPa for 15 minutes, and the water was removed by heating at 100 ° C. for 60 minutes. This impregnation and drying were repeated three times to form a second conductive polymer layer.
Further, polyethylene glycol (PEG-600 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., number average molecular weight determined from hydroxyl value: 600) and polyoxypropylene glyceryl ether (Sanix GP-400 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., determined from hydroxyl values) Number average molecular weight: 400) was mixed at a weight ratio of 40:60, and this mixed solution was impregnated with the above wound element under a reduced pressure of 10 kPa for 30 minutes.
上記方法で導電性高分子層が形成されたコンデンサ素子を金属ケースに収納し、金属ケースの開口部をカーリングした。続いて、150℃程度の温度条件にてコンデンサに定格電圧を印加してエージング処理を施し、固体電解コンデンサを完成した。 The capacitor element on which the conductive polymer layer was formed by the above method was housed in a metal case, and the opening of the metal case was curled. Subsequently, an aging treatment was performed by applying a rated voltage to the capacitor under a temperature condition of about 150 ° C. to complete a solid electrolytic capacitor.
[実施例2]
コンデンサ素子に含浸させる後処理溶液として、PEG−600とGP−400を30:70の重量比率で混合した溶液を使用する以外は、実施例1と同様に固体電解コンデンサを作製した。
[Example 2]
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that a solution obtained by mixing PEG-600 and GP-400 at a weight ratio of 30:70 was used as a post-treatment solution to be impregnated into the capacitor element.
[実施例3]
コンデンサ素子に含浸させる後処理溶液として、PEG−600とGP−400を70:30の重量比率で混合した溶液を使用する以外は、実施例1と同様に固体電解コンデンサを作製した。
[Example 3]
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that a solution obtained by mixing PEG-600 and GP-400 at a weight ratio of 70:30 was used as a post-treatment solution to be impregnated into the capacitor element.
[実施例4]
コンデンサ素子に含浸させる後処理溶液として、PEG−600とGP−400と純水を30:20:50の重量比率で混合した溶液を使用する以外は、実施例1と同様に固体電解コンデンサを作製した。
[Example 4]
A solid electrolytic capacitor is produced in the same manner as in Example 1 except that a solution obtained by mixing PEG-600, GP-400, and pure water at a weight ratio of 30:20:50 is used as a post-treatment solution to be impregnated into the capacitor element. did.
[従来例]
コンデンサ素子に含浸させる後処理溶液として、PEG−600の50%水溶液を使用する以外は、実施例1と同様に固体電解コンデンサを作製した。
[Conventional example]
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that a 50% aqueous solution of PEG-600 was used as a post-treatment solution to be impregnated into the capacitor element.
[実施例および従来例の固体電解コンデンサの評価]
実施例および従来例の固体電解コンデンサについて下記の評価方法にて評価を行った。
検討製品:φ8×10L 35WV−150μF
1.温度サイクル試験
試験条件:−55℃/+125℃ 各30minを1サイクルとし、1,000サイクル実施後の静電容量(Cap)、tanδ及び等価直列抵抗(ESR)を測定し、試験前と値からの変化率を計算した。その結果を以下の表1に示す。
2.信頼性試験
試験条件:試験雰囲気:145℃
印加電圧・経過時間:35V印加、2,000時間
145℃、35V印加、2,000時間後の静電容量(Cap)、tanδ、等価直列抵抗(ESR)を測定し、試験前の値から変化率を計算した。その結果を以下の表2に示す。
[Evaluation of Solid Electrolytic Capacitors of Examples and Conventional Examples]
The solid electrolytic capacitors of Examples and Conventional Examples were evaluated by the following evaluation methods.
Products to be examined: φ8 × 10L 35WV-150μF
1. Temperature cycle test Test conditions: −55 ° C./+125° C. Each 30 min is one cycle, and the capacitance (Cap), tan δ and equivalent series resistance (ESR) after 1,000 cycles are measured. The rate of change was calculated. The results are shown in Table 1 below.
2. Reliability test Test condition: Test atmosphere: 145 ° C
Applied voltage / elapsed time: 35 V applied, 2,000 hours 145 ° C., 35 V applied, 2,000 hours later, the capacitance (Cap), tan δ, and equivalent series resistance (ESR) were measured and changed from the values before the test. The rate was calculated. The results are shown in Table 2 below.
実施例1〜4及び従来例において使用したポリマー溶液
従来例:PEG−600 50%aqの後処理溶液
実施例1:PEG−600 40%、GP−400 60%を混合した後処理溶液
実施例2:PEG−600 30%、GP−400 70%を混合した後処理溶液
実施例3:PEG−600 70%、GP−400 30%を混合した後処理溶液
実施例4:PEG−600 30%、GP−400 20%、純水50%を混合した後処理溶液
Polymer solutions used in Examples 1 to 4 and the conventional example Conventional example: PEG-600 50% aq after-treatment solution Example 1: PEG-600 40% and GP-400 60% mixed after-treatment solution Example 2 : PEG-600 30%, GP-400 70% after-treatment solution Example 3: PEG-600 70%, GP-400 30% after-treatment solution Example 4: PEG-600 30%, GP -400 20% post-treatment solution mixed with pure water 50%
上表1および表2の実験結果に示されるとおり、上記の温度サイクル試験および高温度信頼試験における静電容量(Cap)、tanδ、等価直列抵抗(ESR)の変化率は、実施例1〜4の方が、従来例よりも小さく、安定している。また、表2には、高温度信頼性試験において、実施例1〜4の静電容量(Cap)、tanδ、等価直列抵抗(ESR)の変化率が、従来例よりも小さく、高温領域(145℃)においても安定性に優れていることが示されており、特に、GP−400の重量がPEG−600の重量の0.5倍を超える場合(実施例1,2,4)に、より良好な高温度安定性が得られることがわかった。なお、GP−400の重量をPEG−600の重量の5倍以下とすることで耐電圧特性が向上するので、高温度安定性と耐電圧特性とを両立させる観点から、GP−400の重量はPEG−600の重量の0.5〜5倍とすることがより好ましい。また、(−CH2−CH(R)−O−)nの数平均分子量は400〜4000の化合物を使用すると、コンデンサ素子への含浸性を向上させることができる。 As shown in the experimental results of Table 1 and Table 2 above, the rate of change in capacitance (Cap), tan δ, and equivalent series resistance (ESR) in the above-described temperature cycle test and high-temperature reliability test are shown in Examples 1-4. Is smaller and more stable than the conventional example. Table 2 also shows that in the high temperature reliability test, the rate of change in capacitance (Cap), tan δ, and equivalent series resistance (ESR) in Examples 1 to 4 is smaller than that in the conventional example, and the high temperature region (145 (° C.), it is also shown that the stability is excellent, particularly when the weight of GP-400 exceeds 0.5 times the weight of PEG-600 (Examples 1, 2, 4). It has been found that good high temperature stability can be obtained. In addition, since the withstand voltage characteristics are improved by making the weight of GP-400 5 times or less than the weight of PEG-600, from the viewpoint of achieving both high temperature stability and withstand voltage characteristics, the weight of GP-400 is More preferably, it is 0.5 to 5 times the weight of PEG-600. Further, when a compound having a number average molecular weight of (—CH 2 —CH (R) —O—) n of 400 to 4000 is used, the impregnation property to the capacitor element can be improved.
そして、本発明は、上記実施例において、(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物として、ポリオキシプロピレングリセリルエーテルを用いたが、他に、ポリオキシプロピレン、ポリオキシプロピレントリメチロールプロパンエーテル、ポリオキシプロピレンソルビトールエーテルを用いても同様の効果が得られる。 In the above embodiment, the present invention uses polyoxypropylene glyceryl ether as the compound containing the chemical structure of (—CH 2 —CH (R) —O—) n . The same effect can be obtained by using polyoxypropylene trimethylolpropane ether or polyoxypropylene sorbitol ether.
さらに、本発明は、上記実施例において、導電性高分子層形成後、巻回素子を、ポリエチレングリコールとポリオキシプロピレングリセリルエーテルの混合溶液に含浸させたが、誘電体酸化皮膜形成後、巻回素子を、PEDOT/PSSを含むポリマー分散体溶液にポリエチレングリコールとポリオキシプロピレングリセリルエーテルなど(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物とを混合させた溶液に含浸させても同様の効果が得られる。 Furthermore, the present invention provides a winding element impregnated with a mixed solution of polyethylene glycol and polyoxypropylene glyceryl ether after the formation of the conductive polymer layer in the above embodiment. The element is impregnated with a solution obtained by mixing a polymer dispersion solution containing PEDOT / PSS with a compound containing a chemical structure of (—CH 2 —CH (R) —O—) n such as polyethylene glycol and polyoxypropylene glyceryl ether. Even if it makes it, the same effect is acquired.
また、本発明では、(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物として、Rがメチル基のものを用いたが、他にエチル基、プロピル基、ブチル基のものを用いても同様の効果が得られる。そして、Rが炭素数1〜4のアルキル基の場合、化合物の合成が比較的容易であることから、Rは炭素数1〜4のアルキル基が好ましい。 In the present invention, as the compound containing the chemical structure of (—CH 2 —CH (R) —O—) n , those in which R is a methyl group are used, but in addition, an ethyl group, a propyl group, a butyl group The same effect can be obtained even if one is used. And when R is a C1-C4 alkyl group, since the synthesis | combination of a compound is comparatively easy, R is a C1-C4 alkyl group.
なお、上記実施例では、コンデンサ素子を誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回して形成したが、誘電体酸化皮膜が形成された陽極箔を積層したコンデンサ素子や、弁作用金属の粉体を焼結後、誘電体酸化皮膜を形成したコンデンサ素子を使用してもよい。 In the above embodiment, the capacitor element is formed by winding the anode foil and the cathode foil on which the dielectric oxide film is formed through the separator, but the capacitor is formed by stacking the anode foil on which the dielectric oxide film is formed. A capacitor element in which a dielectric oxide film is formed after sintering the element or valve action metal powder may be used.
1 陽極箔
2 セパレータ
3 陰極箔
4 コンデンサ素子
5 陽極リード線
6 陰極リード線
1
Claims (5)
ポリエチレングリコールと、
(−CH2−CH(R)−O−)nの化学構造を含む化合物(但し、Rは炭素数1〜4のアルキル基を示し、nは整数を示す)と
が含まれることを特徴とする固体電解コンデンサ。 In a solid electrolytic capacitor in which an electrolyte is formed on the surface of a dielectric oxide film by impregnating and drying a dispersion solution having a basic composition of polyethylenedioxythiophene / polystyrenesulfonic acid on a capacitor element on which the dielectric oxide film is formed In the capacitor element,
Polyethylene glycol,
(—CH 2 —CH (R) —O—) and a compound having a chemical structure of n (where R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n represents an integer), Solid electrolytic capacitor.
を含む混合溶液に含浸させる工程
を含むことを特徴とする、固体電解コンデンサの製造方法。 Impregnating and drying the capacitor element on which the dielectric oxide film is formed in a dispersion solution having a basic composition of polyethylenedioxythiophene / polystyrenesulfonic acid, polyethylene glycol, (—CH 2 —CH (R) —O) -) Compound having a chemical structure of n (wherein R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n represents an integer)
A method for producing a solid electrolytic capacitor comprising a step of impregnating a mixed solution containing
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