铝电解电容器用隔膜以及铝电解电容器的制作方法

文档序号:14349067阅读:302来源:国知局

本发明涉及一种适合用于铝电解电容器的隔膜以及使用该隔膜的铝电解电容器。



背景技术:

近年,随着电子设备、汽车电装设备的数字化,这些设备的高功能化、高性能化不断发展,另外,为了这些设备等的小型化,还要求在设备中使用的电路基板等也小型化。

将导电性高分子用作阴极材料的铝电解电容器(以下,称作“固体电解电容器”),与将电解液用作阴极材料的铝电解电容器相比,esr(等效串联电阻)特性良好,因此能够通过减小数量来实现小型化,并被用于电脑、游戏机等。在电脑等中,需要cpu的高速化、高功能化,工作频率进一步高频化。

使用电解液的铝电解电容器的导电机制是离子导电,而固体电解电容器的导电机制是电子导电并示出了高电导率。也就是说,释放存储的电子的响应性优良,因此具有低esr特性,作为在电源电路中可以在cpu周围使用的电容器具有优势。

在铝电解电容器中使用的导电性高分子中,使用导电性高分子水分散液的铝电解电容器的耐电压特性良好,因此在电源电路中可用于需要数十v(伏)左右的额定电压的用途。然而近年,要求电源电路中使用的铝电解电容器提高额定电压。

另外在近年,各电容器制造企业上市了同时使用导电性高分子和电解液作为阴极材料的导电性高分子混合型铝电解电容器(以下,称作“混合型电解电容器”),广泛应用于以低esr特性、无短路故障为必须条件的汽车用途等。

这里,铝电解电容器的额定电压,是由电介质(阳极铝氧化膜)的耐电压和电解液(或,导电性高分子)的耐电压的组合决定的。虽然阴极材料使用电解液的铝电解电容器具有铝氧化膜的自我修复能力,但是固体电解电容器不具有铝氧化膜的修复能力。

因此,在固体电解电容器中,在形成导电性高分子层之前进行再次化学转化,从而在箔的剖面、垂片等未化学转化部分进行了化学转化,以及对铝氧化膜的缺损部分进行修复后,形成导电性高分子层。也就是说,导电性高分子层形成前的再次化学转化的完成情况,左右着固体电解电容器的额定电压。

在固体电解电容器中,导电性高分子聚合液中包含导电性高分子的单体和氧化剂。为了保持导电性高分子,需要隔膜对包含单体以及氧化剂的导电性高分子聚合液的浸润性优良,不会妨碍导电性高分子的聚合,导电性高分子水分散液的浸润性优良。

作为在固体电解电容器中使用的隔膜,虽然有纤维素制成的隔膜,但是通常对纤维素制成的隔膜进行碳化处理后使用。这是因为,通过对纤维素进行碳化处理,可提高隔膜对氧化剂的耐性,进一步,由于炭化使隔膜的空隙增加,因此还能够期待提高对聚合液的浸润性。

然而,在隔膜的碳化处理步骤中施加的热引起纤维素的热分解,该热分解导致隔膜的物理强度降低。另外,由于纤维素自身在酸性条件下逐渐被分解,因此当使含有氧化剂的导电性高分子聚合液以及水分散液浸润电容器元件时,隔膜的物理强度的降低非常显著。

为了避免这类纤维素制成的隔膜的问题,还使用混合有合成纤维的隔膜。作为这种在隔膜中使用的合成纤维,例如可列举丙烯酸纤维、半芳香族聚酰胺纤维、芳纶纤维、聚酯纤维等。

这些合成纤维中,从对导电性高分子的聚合液、分散液的浸润性、耐热性、耐酸性等观点出发,优选使用丙烯酸纤维,例如专利文献1、2的技术所公开的。另外,作为减少铝电解电容器的内部短路(短路故障)的方法,例如有专利文献3所公开的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2014-175588号公报

专利文献2:日本特开2006-344742号公报

专利文献3:日本特开2013-080828号公报



技术实现要素:

发明要解决的技术问题

在专利文献1记载的发明中,提出了使用丙烯酸纤维的隔膜。使用丙烯酸纤维的隔膜,对导电性高分子的聚合液、分散液的浸润性以及保持性良好,通过使用该隔膜,能够降低铝电解电容器的esr。

然而,如上述,铝电解电容器中也需求进一步的高额定电压化,隔膜也需求进一步提高抗短路性。

专利文献2记载的发明涉及含有原纤化丙烯酸纤维的隔膜,通过使用具有细微的原纤维的原纤化丙烯酸纤维,可提高隔膜的致密性,能够改善抗短路性。另外,除了原纤化丙烯酸纤维彼此的交织点增加以外,由于在抄纸时的热历史的作用下,原纤化丙烯酸纤维彼此的交织点会黏着,因此能够提高隔膜的强度。

另外,专利文献3中公开了将层叠不织布的平均细孔径控制为0.3~20μm的隔膜所涉及的发明。根据专利文献3,如果平均孔径为0.30μm以上,化学转化液容易进入孔内,如果在20μm以下则纤维之间的距离适当且短路很少。

从铝固体电解电容器的高额定电压化的观点出发,与专利文献1中记载的隔膜相比,专利文献2以及3记载的隔膜能够提高隔膜的机械强度并减少短路,使用专利文献2以及3记载的隔膜的电容器,虽然有助于电容器的高额定电压化,但是无法实现近年所需求的程度的高额定电压化。

也就是说,为了铝固体电解电容器的高额定电压化,在电容器制造时的再次化学转化步骤中施加的电压也升高。而且,由于再次化学转化的施加电压的高电压化导致氧化膜以及化学转化液的电阻产生的热量也増大,因此化学转化液的温度也升高。

本发明人潜心研究其原因。结果发现,专利文献2、3中记载的隔膜虽然致密性高,并且能够减少元件卷绕后的短路,但是在温度上升的化学转化液中,隔膜的纸层会崩解。因此,可知隔膜无法维持形状,无法减少老化(aging)时元件的短路。

也就是说,处于被浸渍在因被施加电压而温度上升的化学转化液中的状态的隔膜,构成隔膜的各个纤维有运动的倾向,因此纤维、原纤维彼此的交织点或黏着点松懈,其结果是,隔膜的纸层逐渐部分崩解。

为了维持在化学转化液中的隔膜形状,例如可考虑在隔膜中添加湿润纸力增强剂,以保持隔膜自身的纸层的方法。但是,能够适用于电容器用隔膜的湿润纸力增强剂对具有氢氧基的纤维素纤维有效,但是对于不具有氢氧基的丙烯酸纤维存在湿润拉伸强度没有增强的问题,无法降低老化时元件的短路故障率。

本发明鉴于上述技术问题而提出,其目的在于通过避免化学转化液中的纸层崩解,并提高隔膜的形状稳定性,来提高隔膜的抗短路性,即使使用该隔膜的铝固体电解电容器采用高额定电压也可降低短路故障率。

解决技术问题的方法

本发明所涉及的隔膜,为了解决上述技术问题而提出,例如具备以下的结构。

即,本发明是具有至少一层不织布层,并插入在一对电极之间的铝电解电容器用隔膜,其特征在于,所述不织布层的平均孔径在0.5~15μm的范围内,并且,在70℃的离子交换水中浸渍30分钟后的湿润拉伸强度为0.30kn/m以上。

而且例如特征在于,所述不织布层含有25质量%以上的丙烯酸纤维。或者例如特征在于,所述丙烯酸纤维含有25~50质量%的原纤化丙烯酸纤维。

或者,本发明提供使用以上任一项所述的隔膜的铝电解电容器。或者例如提供特征在于使用导电性高分子作为阴极的铝电解电容器。

发明的效果

根据本发明,能够降低铝电解电容器老化时的短路故障率,并降低元件短路故障率。进一步,能够提供实现了高耐电压化的铝电解电容器。

具体实施方式

以下,详细地说明本发明的一实施方式。

本发明的实施方式所涉及的隔膜,具有至少一层不织布层,是插入在一对电极之间的铝电解电容器用隔膜,在70℃的离子交换水中浸渍30分钟后的该隔膜的湿润拉伸强度为0.30kn/m以上。优选地,在70℃的离子交换水中浸渍30分钟后的湿润拉伸强度为0.35kn/m以上,更优选地,湿润拉伸强度为0.40kn/m以上。

将隔膜在70℃的离子交换水中浸渍30分钟后的湿润拉伸强度没有特别的上限,但是根据能够适用于实际的电容器的隔膜的厚度、密度来判断的话,可认为2.0kn/m左右是上限。

本实施方式的隔膜,由于将隔膜的平均孔径控制在0.5~15μm的范围内,因此可确保隔膜的致密性,并能够降低电容器元件卷绕步骤中的短路故障率。

另外,本实施方式的隔膜,由于是在70℃的离子交换水中浸渍30分钟后的湿润拉伸强度为0.30kn/m以上的结构,因此能够大幅减少老化时的短路故障。

通过将隔膜的平均孔径控制在0.5~15μm的范围内,提高了隔膜的致密性,并能够降低电容器元件卷绕步骤后的短路故障率。另外,通过使隔膜的平均孔径在0.5~13μm的范围内,能够进一步降低短路故障率,能够得到更优选的隔膜。

另一方面,在平均孔径小于0.5μm的情况下,隔膜的纤维间隙过密而浸润性变差,电容器的esr特性也变差。另外,当平均孔径超过15μm时,在电极箔中存在毛刺等的情况下,有电容器的短路故障增多的可能性。

再次化学转化的时间在30分钟以内的处理是通常情况,当在该再次化学转化所花费的时间中一直施加电压时,化学转化液的温度到达70℃左右。因此,如果确保在70℃的离子交换水中浸渍30分钟后的隔膜的湿润拉伸强度为0.30kn/m以上,则在再次化学转化步骤中隔膜的纸层不会崩解,能够维持形状。另外,由于能够维持隔膜的形状,因此能够减少老化时的短路故障。

在70℃的离子交换水中浸渍30分钟后的隔膜的湿润拉伸强度小于0.30kn/m的情况下,无法减少老化时的短路故障,进而电容器的高额定电压化很难。

另外,当本实施方式所涉及的隔膜含有25质量%以上的丙烯酸纤维时,提高了向隔膜浸润聚合液、分散液的浸润性,能够进一步减低使用了该隔膜的铝电解电容器的esr。在丙烯酸纤维的含有量小于25质量%的情况下,向隔膜浸润聚合液、分散液的浸润性有降低的倾向。

需要说明的是,当使用原纤化丙烯酸纤维作为丙烯酸纤维时,在保持丙烯酸纤维的浸润性的同时,通过原纤化的丙烯酸纤维使得纤维的交织点、黏着点增多,能够提高隔膜自身的机械强度。进一步,由于隔膜的致密性也提高,因此有助于减少短路故障。

当原纤化丙烯酸纤维的含有量过多时,隔膜的致密性过高,因此esr有升高的倾向。作为原纤化丙烯酸纤维的含有量,优选将50质量%左右设为上限。

在本实施方式的发明所涉及的隔膜中,除丙烯酸纤维以外,能够使用的纤维例如有尼龙纤维、芳纶纤维、聚酯纤维等。另外,考虑隔膜形成时的必要性、处理时的机械强度,能够使用粘合纤维。

具体地,从纤维形状、纤维直径,用于隔膜时的耐热性、耐化学性的观点出发,作为尼龙纤维优选半芳香族聚酰胺纤维,作为芳纶纤维优选原纤化芳纶纤维,作为聚酯纤维优选聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯纤维。

另外,聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯纤维,如果是在对纤维进行纺丝时避免有延伸度而制造的纤维,则在隔膜形成时的热的作用下,在该纤维彼此的交织点处黏着,因此有助于提高隔膜的机械强度等物理性能。

本实施方式的隔膜的厚度以及密度,没有特别限制,能够选择满足所需的铝电解电容器的特性的数值。虽然通常使用厚度20~70μm、密度0.20~0.60g/cm3左右的隔膜,但是不限于该范围。

在本发明的实施方式的示例中,隔膜采用使用抄纸法形成的湿式不织布。隔膜的抄纸方式,只要能够满足平均孔径、湿润拉伸强度即可,没有特别限制,能够使用长网抄纸、短网抄纸、圆网抄纸等抄纸方式,另外,也可以是组合多个通过这些抄纸法形成的层得到的隔膜。

另外,在抄纸时,只要是不会对电容器用隔膜产生影响的程度的杂质含有量,即可添加分散剂、消泡剂、纸力增强剂等添加剂,也可以在纸层形成后进行纸力增强加工、亲液加工、压光加工,压花加工等后加工。

但是,只要能够实现作为本实施方式的基础的,隔膜的平均孔径为0.5~15μm,将隔膜在70℃的离子交换水中浸渍30分钟后的湿润拉伸强度为0.30kn/m以上即可,隔膜的形成方法没有限制,即使是在成膜法中使用的这类通过使纤维分散液流延而成膜等的方法,也没有问题。

而且,本实施方式的铝电解电容器,使用上述结构的隔膜作为隔膜,在一对电极之间插入隔膜,并使用导电性高分子作为阴极材料。

通过采用以上的结构,能够使本实施方式的示例的隔膜对聚合液或分散液的浸润性良好,且抗短路性优良。而且,通过将该隔膜用于使用导电性高分子作为阴极材料的铝电解电容器,能够得到抗短路性高且低esr的铝电解电容器。

(隔膜以及铝电解电容器的特性的测量方法)

本实施方式的隔膜以及铝电解电容器的各特性的具体的测量,按照以下条件以及方法进行。

(厚度)

使用“jisc72300-2《电气用纤维素纸-第2部:试验方法》5.1厚度”所规定的,“5.1.1测量用具以及测量方法a使用外侧千分尺的情况”的千分尺,按照“5.1.3折叠纸测量厚度的情况”的折叠10张的方法,测量隔膜的厚度。

(密度)

按照“jisc2300-2《电气用纤维素纸-第2部:试验方法》7.0a密度”的b法规定的方法,测量绝对干燥状态的隔膜的密度。

(平均孔径)

使用pmi(porousmaterialsinc.)公司制造的帕姆孔度计(parm-porometer)通过起泡点法(jisk3832)测量孔径分布,并由此求出隔膜的平均孔径(μm)。

(湿润拉伸强度)

使装有水的水浴保持恒温,在烧杯内倒入200ml的离子交换水使烧杯内保持在70℃。将裁剪成隔膜的长度方向(md方向)为180mm、宽度方向(cd方向)为15mm的试验片6张,在烧杯内的离子交换水中浸渍30分钟。经过30分钟后,取出,使用电子拉伸试验机,以抓手的间隔180mm,毎分约200mm的速度拉伸试验片,测量其拉伸强度。求出6张的平均值,并对平均值进行单位换算,从而求出湿润拉伸强度(kn/m)。

(固体电解电容器的制作步骤)

制造额定电压35v、额定静电容量120μf、直径10mm×高度10.0mm,和额定电压63v、额定静电容量47μf、直径10mm×高度15.0mm的两种固体电解电容器。

具体的制作方法如下。

以进行了蚀刻处理以及氧化膜形成处理的阳极箔和阴极箔没有接触的方式插入隔膜并卷绕,制作电容器元件。制作的电容器元件在再次化学转化处理后进行干燥。

在额定电压35v的固体电解电容器的情况下,使电容器元件含浸导电性高分子聚合液后,进行加热/聚合,并干燥溶剂形成导电性高分子。在额定电压63v的固体电解电容器的情况下,使电容器元件含浸导电性高分子水分散液后,进行加热/干燥形成导电性高分子。

接着,将电容器元件放入规定的外壳内,并封闭开口部后,进行老化,得到各个固体电解电容器。

(混合型电解电容器的制作步骤)

制造额定电压35v、额定静电容量270μf、直径10mm×高度12.5mm,和额定电压125v、额定静电容量10μf、直径10mm×高度10.5mm的两种混合型电解电容器。

具体的制作方法如下。

以进行了蚀刻处理以及氧化膜形成处理的阳极箔和阴极箔没有接触的方式插入隔膜并卷绕,制作电容器元件。制作的电容器元件在再次化学转化处理后进行干燥。

在额定电压35v的混合型电解电容器的情况下,使电容器元件含浸导电性高分子聚合液后,进行加热/聚合,并干燥溶剂形成导电性高分子。

在额定电压125v的混合型电解电容器的情况下,使电容器元件含浸导电性高分子水分散液后,进行加热/干燥形成导电性高分子。

接着,使上述电容器元件含浸驱动用电解液,将电容器元件装入规定的外壳内,并封闭开口部后,进行老化,得到各个混合型电解电容器。

(铝电解电容器的评价方法)

本实施方式的铝电解电容器的具体的性能评价,按照以下的条件以及方法进行。

(esr)

在温度20℃、频率100khz的条件下使用lcr测试仪,测量制作的电容器元件的esr。

(短路故障率)

对于电容器元件卷绕时的短路故障,求出卷绕元件后的短路故障率和老化时的短路故障率。这里,准备1000个卷绕后的元件,将施加300v的电压时由于导通而电压下降的情况视为卷绕短路故障。计算短路的故障次数,除以1000后,用百分率表示,作为卷绕短路故障率。

老化时的短路故障,是在没有卷绕短路的元件上施加额定电压,将此时由于导通而电压下降的情况视为老化时的短路故障。计算老化时发生的短路故障次数,除以供评价的元件个数,用百分比表示,得到老化短路故障率。

(实施例等)

以下,说明本发明的具体的实施例等。

首先,说明各实施例、比较例、现有例的隔膜。

(隔膜的实施例1)

混合50质量%的丙烯酸纤维与50质量%的原纤化丙烯酸纤维。使用得到的原料进行圆网抄纸,进一步在150℃下以干燥表面进行热处理和接触辊的压制,制作实施例1的隔膜。

实施例1的隔膜,厚度为30μm,密度为0.55g/cm3,平均孔径为0.52μm,湿润拉伸强度为0.69kn/m。

(隔膜的实施例2)

混合50质量%的丙烯酸纤维、25质量%的聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯纤维(以下,称作“pet纤维”)、25质量%的纤维制造时避免有延伸度而制造的聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯纤维(以下,称作“未延伸pet纤维”)。使用得到的原料进行圆网抄纸,进一步在150℃下以干燥表面进行热处理和接触辊的压制,制作实施例2的隔膜。

实施例2的隔膜,厚度为60μm,密度为0.20g/cm3,平均孔径为14.7μm,湿润拉伸强度为1.10kn/m。

(隔膜的实施例3)

混合50质量%的半芳香族聚酰胺纤维、25质量%的原纤化丙烯酸纤维、25质量%的未延伸pet纤维。使用得到的原料进行圆网抄纸,进一步在150℃下以干燥表面进行热处理和接触辊的压制,制作实施例3的隔膜。

实施例3的隔膜,厚度为20μm,密度为0.40g/cm3,平均孔径为9.70μm,湿润拉伸强度为1.60kn/m。

(隔膜的实施例4)

混合25质量%的原纤化芳纶纤维、30质量%的pet纤维、25质量%的丙烯酸纤维、20质量%的聚乙烯醇纤维。使用得到的原料进行圆网抄纸,进一步在150℃下以干燥表面进行热处理和接触辊的压制,制作实施例4的隔膜。

实施例4的隔膜,厚度为70μm,密度为0.30g/cm3,平均孔径为12.80μm,湿润拉伸强度为0.31kn/m。

(隔膜的参考例)

混合80质量%的原纤化丙烯酸纤维、20质量%的丙烯酸纤维。使用得到的原料进行圆网抄纸,进一步在150℃下以干燥表面进行热处理和接触辊的压制,制作参考例的隔膜。

参考例的隔膜,厚度为40μm,密度为0.45g/cm3,平均孔径为0.41μm,湿润拉伸强度为0.60kn/m。

(隔膜的比较例1)

混合40质量%的半芳香族聚酰胺纤维、20质量%的pet纤维、20质量%的未延伸pet纤维、20质量%的原纤化丙烯酸纤维。使用得到的原料进行圆网抄纸,制作比较例1的隔膜。

比较例1的隔膜,厚度为50μm,密度为0.31g/cm3,平均孔径为9.10μm,湿润拉伸强度为0.27kn/m。

(隔膜的比较例2)

混合40质量%的丙烯酸纤维、40质量%的原纤化芳纶纤维、20质量%的聚乙烯醇纤维(pva)。使用得到的原料进行圆网抄纸,制作比较例2的隔膜。

比较例2的隔膜,厚度为30μm,密度为0.25g/cm3,平均孔径为16.20μm,湿润拉伸强度为0.41kn/m。

(隔膜的现有例1)

按照专利文献1的实施例1所记载的方法,即,混合50重量%的平均纤维直径1.0μm、纤维长度3mm的丙烯酸短纤维,和40重量%的平均纤维直径3.0μm、纤维长度3mm的丙烯酸短纤维,和10重量%的滤水度30ml的对位芳香族聚酰胺纤条体,使用混合的原料并使用圆网/倾斜组合抄纸机,进行湿式抄纸,制作现有例1的隔膜。在常温下进行压光处理调整厚度。

现有例1的隔膜,厚度为10μm,密度为0.50g/cm3,平均孔径为19.40μm,湿润拉伸强度为0.13kn/m。

(隔膜的现有例2)

按照专利文献3的实施例1所记载的方法,即,制作由不织布层(i层)/不织布层(ii层)形成的层叠网作为含有100质量%的pet纤维的现有例2的隔膜,其中,不织布层(i层)是使用pet的溶液(ocp为溶剂),通过纺粘法进行纺丝,并喷涂在极细纤维网上制成的,不织布层(ii层)由热可塑性树脂长纤维构成。

现有例2的隔膜,厚度为40μm,密度为0.50g/cm3,平均孔径为6.70μm,湿润拉伸强度为0.51kn/m。

本实施方式的各实施例、参考例、各比较例、各现有例的隔膜个体的评价结果在表1中示出。

【表1】

对使用了以上的各实施例、比较例、现有例的隔膜的铝电解电容器进行说明。作为使用了各实施例、比较例、现有例的隔膜的电容器,示出对额定电压35v、额定静电容量120μf的固体电解电容器,额定电压63v、额定静电容量47μf的固体电解电容器,额定电压35v、额定静电容量270μf的混合型电解电容器,额定电压125v、额定静电容量10μf的混合型电解电容器进行评价的结果。

(电容器的实施例1)

额定电压35v、额定静电容量120μf的固体电解电容器的评价结果是,元件卷绕时、老化时的短路故障率均为0.1%,老化后的esr为9mω。

额定电压63v、额定静电容量47μf的固体电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为0.3%,老化时的短路故障率为0.1%,老化后的esr为23mω。

额定电压35v、额定静电容量270μf的混合型电解电容器,元件卷绕时以及老化时的短路故障率为0.0%,老化后的esr为14mω。

额定电压125v、额定静电容量10μf的混合型电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为0.1%,老化时的短路故障率为0.0%,老化后的esr为35mω。

(电容器的实施例2)

额定电压35v、额定静电容量120μf的固体电解电容器的评价结果是,元件卷绕时的短路故障率为0.2%,老化时的短路故障率为0.0%,老化后的esr为10mω。

额定电压63v、额定静电容量47μf的固体电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为0.5%,老化时的短路故障率为0.2%,老化后的esr为24mω。

额定电压35v、额定静电容量270μf的混合型电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为0.1%,老化时的短路故障率为0.0%,老化后的esr为16mω。

额定电压125v、额定静电容量10μf的混合型电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为0.2%,老化时的短路故障率为0.1%,老化后的esr为34mω。

(电容器的实施例3)

额定电压35v、额定静电容量120μf的固体电解电容器的评价结果是,元件卷绕时的短路故障率为0.3%,老化时的短路故障率为0.0%,老化后的esr为8mω。

额定电压63v、额定静电容量47μf的固体电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为0.7%,老化时的短路故障率为0.3%,老化后的esr为20mω。

额定电压35v、额定静电容量270μf的混合型电解电容器,元件卷绕时、老化时的短路故障率均为0.0%,老化后的esr为13mω。

额定电压125v、额定静电容量10μf的混合型电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为0.5%,老化时的短路故障率为0.2%,老化后的esr为30mω。

(电容器的实施例4)

额定电压35v、额定静电容量120μf的固体电解电容器的评价结果是,元件卷绕时的短路故障率为0.0%,老化时的短路故障率为0.2%,老化后的esr为11mω。

额定电压63v、额定静电容量47μf的固体电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为0.1%,老化时的短路故障率为0.0%,老化后的esr为24mω。

额定电压35v、额定静电容量270μf的混合型电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为0.0%,老化时的短路故障率为0.2%,老化后的esr为17mω。

额定电压125v、额定静电容量10μf的混合型电解电容器,元件卷绕时、老化时的短路故障率均为0.0%,老化后的esr为36mω。

(电容器的参考例)

额定电压35v、额定静电容量120μf的固体电解电容器的评价结果是,元件卷绕时的短路故障率为0.4%,老化时的短路故障率为0.2%,老化后的esr为17mω。

额定电压63v、额定静电容量47μf的固体电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为0.9%,老化时的短路故障率为0.5%,老化后的esr为29mω。

额定电压35v、额定静电容量270μf的混合型电解电容器,元件卷绕时、老化时的短路故障率均为0.3%,老化后的esr为20mω。

额定电压125v、额定静电容量10μf的混合型电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为0.7%,老化时的短路故障率为0.5%,老化后的esr为41mω。

(电容器的比较例1)

额定电压35v、额定静电容量120μf的固体电解电容器的评价结果是,元件卷绕时的短路故障率为0.8%,老化时的短路故障率为1.9%,老化后的esr为24mω。

额定电压63v、额定静电容量47μf的固体电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为2.9%,老化时的短路故障率为1.5%,老化后的esr为39mω。

额定电压35v、额定静电容量270μf的混合型电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为0.4%,老化时的短路故障率为1.9%,老化后的esr为29mω。

额定电压125v、额定静电容量10μf的混合型电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为1.2%,老化时的短路故障率为4%,老化后的esr为52mω。

(电容器的比较例2)

额定电压35v、额定静电容量120μf的固体电解电容器的评价结果是,元件卷绕时的短路故障率为4.3%,老化时的短路故障率为1.8%,老化后的esr为29mω。

额定电压63v、额定静电容量47μf的固体电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为8.9%,老化时的短路故障率为4.6%,老化后的esr为35mω。

额定电压35v、额定静电容量270μf的混合型电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为3.1%,老化时的短路故障率为1.8%,老化后的esr为23mω。

额定电压125v、额定静电容量10μf的混合型电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为5%,老化时的短路故障率为3.4%,老化后的esr为48mω。

(电容器的现有例1)

额定电压35v、额定静电容量120μf的固体电解电容器的评价结果是,元件卷绕时的短路故障率为5.6%,老化时的短路故障率为2.1%,老化后的esr为11mω。

额定电压63v、额定静电容量47μf的固体电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为9.1%,老化时的短路故障率为1.6%,老化后的esr为22mω。

额定电压35v、额定静电容量270μf的混合型电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为4.6%,老化时的短路故障率为2.2%,老化后的esr为16mω。

额定电压125v、额定静电容量10μf的混合型电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为6.3%,老化时的短路故障率为3.1%,老化后的esr为35mω。

(电容器的现有例2)

额定电压35v、额定静电容量120μf的固体电解电容器的评价结果是,元件卷绕时的短路故障率为0.4%,老化时的短路故障率为0.3%,老化后的esr为30mω。

额定电压63v、额定静电容量47μf的固体电解电容器的评价结果是,元件卷绕时的短路故障率为1.1%,老化时的短路故障率为0.6%,老化后的esr为36mω。

额定电压35v、额定静电容量270μf的混合型电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为0.3%,老化时的短路故障率为0.4%,老化后的esr为28mω。

额定电压125v、额定静电容量10μf的混合型电解电容器,元件卷绕时的短路故障率为0.9%,老化时的短路故障率为0.6%,老化后的esr为51mω。

对使用上述各实施例、参考例、各比较例、各现有例的隔膜制成的铝电解电容器进行的性能评价的结果在表2中示出。

【表2】

使用了实施例1~4的隔膜的额定电压35v、额定静电容量120μf的固体电解电容器,卷绕时的短路故障率、老化时的短路故障率均减小到很低,esr也低至8~11mω。另外,使用了相同隔膜的额定电压63v、额定静电容量47μf的固体电解电容器,即使提高了额定电压,卷绕时的短路故障率、老化时的短路故障率也都很低,esr也为20~24mω,作为固体电解电容器能够确保良好的性能。

另外,使用了实施例1~4的隔膜的额定电压35v、额定静电容量270μf的混合型电解电容器,短路故障率、老化时的短路故障率也均减小到很低,esr也低至13~17mω。而且,使用了相同隔膜的额定电压125v、额定静电容量10μf的混合型电解电容器,即使提高了额定电压,短路故障率也很低,esr也低至30~36mω。

由以上结果可知,本实施方式的隔膜,即使电容器进行了高额定电压化,也能够降低短路故障率,esr也不会变差。

参考例的隔膜的厚度、密度、湿润拉伸强度与实施例水平相同,是平均孔径为0.41μm的隔膜。另外,该隔膜与专利文献2的实施例1所记载的隔膜厚度、密度相同,构成隔膜的纤维的含有率也相同。

使用了参考例的隔膜的固体电解电容器以及混合型电解电容器,卷绕时、老化时的短路故障率均比各实施例略高,在任一个电容器中,esr也略高。即,可认为当参考例的隔膜的原纤化丙烯酸纤维的含有量为80质量%时,比实施例多,由此隔膜的致密性明显提高。

也就是说,原纤化丙烯酸纤维的含有量较多导致隔膜的平均孔径变小,会给电容器的esr带来一些影响。由各实施例与参考例的比较可知,如果隔膜中的原纤化丙烯酸纤维的含有率达到50质量%,则将电容器的esr减小为较低,有助于电容器的高额定电压化。

比较例1的隔膜的厚度、密度、平均孔径与实施例水平相同,但是湿润拉伸强度为0.27kn/m,比实施例低。使用了该比较例1的隔膜的额定电压35v、额定静电容量120μf的固体电解电容器,元件卷绕时、老化时的短路故障率分别为0.8%、1.9%,比各实施例都高。

另外,使用了比较例1的隔膜的额定电压63v、额定静电容量47μf的固体电解电容器也是元件卷绕时、老化时的短路故障率分别为2.9%、1.5%,比各实施例都高。而且,额定电压35v、额定静电容量270μf的混合型电解电容器也是元件卷绕时、老化时的短路故障率分别为0.4%、1.9%,比各实施例都高,额定电压125v、额定静电容量10μf的混合型电解电容器也是元件卷绕时、老化时的短路故障率分别为1.2%、4.0%,比各实施例都高。

可认为其原因是,比较例1的隔膜在隔膜整体中仅含有20质量%的原纤化丙烯酸纤维,隔膜的湿润拉伸强度低至0.27kn/m。

由此可知,为了电容器的高额定电压化,丙烯酸纤维的含有率为20质量%是不够的,需要为25质量%。另外,可知隔膜的湿润拉伸强度需要为0.30kn/m以上。

比较例2的隔膜的厚度、密度、湿润拉伸强度与实施例水平相同,平均孔径较大为16.20μm。因此,使用了比较例2的隔膜的各电容器,元件卷绕时的短路故障率增高。由此可知,为了减小元件卷绕时的短路故障率,需要使隔膜的平均孔径为15μm以下。

现有例1的隔膜与专利文献1的实施例1中记载的隔膜相同,但是平均孔径较大为19.40μm,湿润拉伸强度较低为0.13kn/m。因此,在使用了现有例1的隔膜的各电容器的评价中,元件卷绕时以及老化时的短路故障率高。

由比较例1、2、现有例1的电容器的评价结果可知,仅通过使隔膜含有40~90质量%的丙烯酸纤维,不能解决短路故障率的改善、额定电压的高圧化这些技术问题,因此需要将平均孔径控制为0.50~15.0μm,另外,需要使湿润拉伸强度为0.30kn/m以上。

现有例2的隔膜与专利文献3的实施例1中记载的隔膜相同,是100%pet树脂的三层干式不织布。使用了该隔膜的各电容器的短路故障率,与实施例相比,虽然是略差的程度,但是esr变高。可认为其原因是,隔膜由100质量%的pet树脂构成,层叠了三层干式不织布,因此导电性高分子聚合液或者导电性高分子水分散液的浸润性以及保持性变差,无法很好地形成导电性高分子层。

如以上所说明的,根据本发明的实施方式,通过将隔膜的平均孔径控制在0.5~15μm的范围内,制造在70℃的离子交换水中浸渍30分钟后的湿润拉伸强度为0.30kn/m以上的隔膜,能够避免隔膜的纸层在化学转化液中崩解,提高了隔膜的形状稳定性。因此,使用了本实施方式的隔膜的铝电解电容器的老化时的短路故障率降低,也能够降低元件短路故障率。也就是说,还有助于铝电解电容器的高耐电压化。

在隔膜中,通过含有25质量%以上的丙烯酸纤维,能够成为对导电性高分子聚合液、导电性高分子水分散液具有良好的浸润性的隔膜。通过浸润性良好,可提高对聚合液、分散液的浸润性/保持性,能够进一步降低使用了该隔膜的铝固体电解电容器的esr。

另外,通过制造含有25~50质量%的原纤化丙烯酸纤维的隔膜,在维持良好的浸润性的同时,能够进一步提高隔膜的致密性。

如上所述,本实施方式的隔膜,在用于电容器的情况下,电容器的esr不会变差,可降低短路故障率,有助于电容器的高额定电压化。

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