电解电容器的制作方法

1.本实用新型涉及电解电容器，特别地，涉及具备固体电解质和电解液的混合型电解电容器。


背景技术：

2.近年来，作为小型且大容量、等效串联电阻(以下称为esr)低的电容器，具备固体电解质和电解液的混合型电解电容器备受期待。一般地，在该混合型电解电容器的阳极体的表面形成有氧化覆膜(化成覆膜)。此外，在阳极箔与阴极箔之间，以防止两电极间的短路等目的而配置有隔膜(例如参照日本特开20113-26536号公报)。
3.在混合型电解电容器中，固体电解质与化成覆膜接触。由此，在现有技术中，为了减少漏电流、抑制电极间的短路发生(即，提高耐压)，将基于化成覆膜的厚度的箔耐压v(即，为了形成化成覆膜而施加于阳极体的化成电压)设定为电解电容器的额定电压vw的2倍左右的较高的值，从而形成具有充分厚度的化成覆膜。因此，在混合型电解电容器中，若要减小箔耐压v与额定电压vw的比(v/vw)(使化成覆膜的厚度变薄)来提高电解电容器的静电容量，则为了防止电极间的短路，需要采用具有充分的厚度的隔膜以确保电极间的间隔，但是，该情况下，在使电解电容器小型化方面存在问题。


技术实现要素：

4.本实用新型为了解决上述问题而提出，其目的在于，提供一种能够增加静电容量、抑制esr的增加并且能够抑制电极间的短路发生(即提高耐压)的电解电容器。
5.用于解决课题的手段
6.为了实现上述目的，本实用新型提供一种电解电容器，具备电容器元件和浸渗在所述电容器元件中的电解液，所述电容器元件具有：阳极箔，具有电介质层；阴极箔，与所述阳极箔对置；隔膜，配置在所述阳极箔与所述阴极箔之间；以及固体电解质层，与所述电介质层接触，根据所述电介质层的膜厚而确定的箔耐压v相对于所述电解电容器的额定电压vw的比v/vw为1.30以上且1.80以下，所述隔膜的气密度为3s/100ml以上且30s/100ml以下。
7.在上述电解电容器中，可以是，所述隔膜的气密度为10s/100ml以上且30s/100ml以下。
8.在上述电解电容器中，可以是，所述隔膜的气密度为18s/100ml以上且30s/100ml以下。
9.在上述电解电容器中，可以是，所述隔膜的气密度为3s/100ml以上且24s/100ml以下。
10.在上述电解电容器中，可以是，所述隔膜的气密度为10s/100ml以上且24s/100ml以下。
11.在上述电解电容器中，可以是，所述隔膜的气密度为10s/100ml以上且18s/100ml以下。
12.在上述电解电容器中，可以是，所述隔膜的厚度为30μm以上且50μm以下。
13.在上述电解电容器中，可以是，所述隔膜的密度为0.50g/cm3以上。
14.在上述电解电容器中，可以是，测定温度30℃下的所述电解液的粘度为20mpa
·
s以上且250mpa
·
s以下。
15.在上述电解电容器中，可以是，所述阴极箔的厚度为20μm以上且50μm以下。
16.在上述电解电容器中，可以是，所述固体电解质层是导电性高分子层。
17.实用新型效果
18.根据本实用新型的电解电容器，由于根据阳极箔具有的电介质层的膜厚而确定的箔耐压v相对于电解电容器的额定电压vw的比v/vw为1.30以上且1.80以下，隔膜的气密度为3s/100ml以上且30s/100ml以下，因此，能够增加电解电容器的静电容量，能够在抑制电解电容器的等效串联电阻(esr)的增加的基础上，抑制阳极箔上的电介质层由于在阳极箔与阴极箔之间混入的微细的固体物、在电极箔(阳极箔、阴极箔)所形成的微细的突起、毛刺等而破损从而导致电极箔之间的短路。
附图说明
19.图1是表示本实施方式所涉及的电解电容器的示意性剖视图。
20.图2是用于说明本实施方式所涉及的电解电容器的电容器元件的示意图。
21.符号说明
22.10 电容器元件；
23.11 有底壳体；
24.12 密封构件；
25.13 座板；
26.14a、14b 引线；
27.15a、15b 引线接片；
28.21 阳极箔；
29.22 阴极箔；
30.23 隔膜；
31.24 止卷带。
具体实施方式
32.以下，参照附图来对本公开的实施方式详细进行说明。但是，可能省略非必要详细说明，例如可能省略已知事项的详细说明、针对实质相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得不必要地冗余，使本领域技术人员容易理解。另外，附图以及以下的说明是为了本领域技术人员充分理解本公开而提供的，并无通过这些来限定技术方案所述的主题之意。
33.各图所示的各部分的比例尺、形状是为了便于说明而设定的，只要没有特别提及，就不是限定性解释。此外，即便是同一组件，在各附图之间也可能存在比例尺等略有差异的情况。
34.(实施方式)
35.《电解电容器》
36.下面，参照图1，对本实施方式所涉及的电解电容器的结构进行说明。
37.图1是表示本实施方式所涉及的电解电容器的示意性剖视图，该电解电容器是具备固体电解质和电解液的混合型电解电容器。
38.如图1所示，本实施方式的电解电容器具备：电容器元件10、容纳电容器元件10的有底壳体(例如铝壳体)11、堵塞有底壳体11的开口的密封构件(例如封口橡胶)12、覆盖密封构件12的座板13、从密封构件12导出并贯通座板13的引线14a、14b、将引线14a、14b与电容器元件10的电极连接的引线接片15a、15b、以及浸渗于电容器元件10的电解液(未图示)。
39.电解电容器的有底壳体11的开口端附近被朝内侧缩颈加工，进而开口端被进行卷边加工以使得铆接于密封构件12。
40.《电容器元件》
41.下面，参照图2，对本实施方式所涉及的电解电容器中的电容器元件的结构进行说明。
42.图2是用于说明本实施方式所涉及的电解电容器的电容器元件的示意图。
43.如图2所示，电容器元件10由图2所示的卷绕体制作而成。卷绕体具备：与引线接片15a连接的阳极箔21、与引线接片15b连接的阴极箔22、以及配置在阳极箔21与阴极箔22之间的隔膜23。卷绕体是在阳极箔21与阴极箔22之间未形成有固体电解质的半成品。
44.阳极箔21以及阴极箔22隔着用于确保阳极箔21与阴极箔22之间的绝缘性的隔膜23被卷绕。卷绕体的最外周由止卷带24固定。另外，图2表示卷绕体的最外周被固定之前、一部分被展开的状态。
45.阳极箔21具备表面具有凹凸地被粗面化的金属箔，在具有凹凸的金属箔上形成作为电介质层的化成覆膜。在化成覆膜的表面的至少一部分附着有固体电解质。也就是说，在卷绕而成的电容器元件10内形成与电介质层接触的固体电解质层。本公开中的固体电解质层可以是导电性高分子层。固体电解质层可以覆盖阴极箔22的表面以及/或者隔膜23的表面的至少一部分。形成有固体电解质层的电容器元件10与电解液一起被容纳于有底壳体11。
46.作为阴极箔22可以使用金属箔，金属的种类没有特别限定，优选使用铝、钽、铌等阀作用金属或者包含阀作用金属的合金。根据需要，也可以在阴极箔的表面形成其他膜。作为一例，阴极箔可以是在铝箔的表面配置有钛膜和碳膜的至少一者的结构。此外，从使电解电容器小型化、高容量化的方面考虑，阴极箔的厚度例如可以为20μm以上且50μm以下。
47.《箔耐压v和额定电压vw》
48.箔耐压v是为了在阳极箔21的金属箔形成厚度t的电介质层(即化成覆膜)而对阳极箔21施加的化成电压。在以下的说明中，也可以根据需要将“箔耐压v”称为“化成电压v”。
49.作为电介质层的化成覆膜与化成电压v成比例的变化，也就是说，可以根据电介质层t的厚度来确定化成电压v，也可以根据化成电压v来确定所形成的电介质层的厚度t。例如，作为一例，在化成电压v为17伏的情况下，电介质层的厚度t大致为24nm。在化成电压v为170伏的情况下，电介质层的厚度t大致为238nm。换言之，在电介质层的厚度t为238nm的情况下，施加至阳极箔的化成电压v为170伏，或者说，根据电介质层的厚度t为238nm而确定的箔耐压v为170伏。
50.电解电容器的额定电压vw没有特别限定，可以根据电解电容器的具体参数等而适当选择。
51.在本实施方式中，例如根据电介质层的膜厚(厚度t)而确定的箔耐压v与电解电容器的额定电压vw之比(v/vw)为1.30以上且1.80以下。通过如上述那样，将箔耐压v与额定电压vw之比(v/vw)设为1.30以上且1.80以下，能够使电解电容器的静电容量增加。
52.此外，上述的v/vw的比值表示一例，例如也可以将根据电介质层的膜厚(厚度t)而确定的箔耐压v与电解电容器的额定电压vw之比(v/vw)设为1.70以下，也可以为1.60以下。从抑制漏电流增大的观点出发，可以将(v/vw)设为1.40以上，优选为1.50以上。
53.《箔耐压的测定方法》
54.作为箔耐压v的测定方法，例如可以采用eiaj法(电子信息技术产业协会(eiaj)标准eiaj rc-2364a)。
55.在采用eiaj法来测定箔耐压v时，将充满了保持在85℃的15％己二酸铵水溶液的金属制容器(sus等不腐蚀的容器)作为对电极，将形成有电介质层的阳极箔浸渍于水溶液中，在对电极与阳极箔之间施加电流以使得每10cm2阳极箔为2ma，在该状态下保持180秒后测定电压，将该测定值作为箔耐压v。
56.箔耐压的测定方法并不限于eiaj法，只要能够测定箔耐压v也可以采用其他的测定方法。
57.《隔膜》
58.作为隔膜23，可以使用现有的材料，例如使用以纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯、维尼纶、芳族聚酰胺纤维等作为主成分的无纺布。
59.关于箔耐压v，在如上述那样设定根据电介质层的膜厚(厚度t)而确定的箔耐压v与电解电容器的额定电压vw之比(v/vw)的情况下，例如将v/vw设为1.30以上且1.80以下，能够使电解电容器的静电容量增加，但是为了防止电极间的短路，需要使用具有充分厚度的隔膜以确保电极间的间隔，该情况下无法实现电解电容器的小型化。
60.因此，例如上述那样将v/vw设为1.30以上且1.80以下的情况下，为了抑制电极箔之间的短路(即提高耐压)，具体而言，为了抑制阳极箔上的电介质层由于在阳极箔与阴极箔之间混入的微细的固体物、在电极箔(阳极箔、阴极箔)所形成的微细的突起、毛刺等而破损从而导致电极箔之间的短路，可以将隔膜23的气密度设为3s/100ml以上。此外，若使用气密度过大的隔膜23，则由于导电性高分子等的固体电解质的材料难以进入隔膜中等的原因，导致电极箔间的导电性下降、从而电解电容器的esr增加。从抑制esr的增加这一方面考虑，可以将隔膜23的气密度设为30s/100ml以下。
61.如上述，以抑制电解电容器的esr增加、并且抑制电极箔之间的短路(即，提高耐压)为目的，根据实际的需要，进一步可以将隔膜23的气密度设为3s/100ml以上且30s/100ml以下，或者也可以将隔膜23的气密度设为10s/100ml以上且30s/100ml以下，或者也可以将隔膜23的气密度设为18s/100ml以上且30s/100ml以下，或者也可以将隔膜23的气密度设为3s/100ml以上且24s/100ml以下，或者也可以将隔膜23的气密度设为10s/100ml以上且24s/100ml以下，或者也可以将隔膜23的气密度设为10s/100ml以上且18s/100ml以下。
62.关于隔膜23的气密度，可以通过改变隔膜23中的纤维素等纤维的填充结构来进行调整。例如，可以调整纤维的材料、纤维的密度、纤维彼此的缠绕情况，来进行调整隔膜23的
气密度。
63.通过将根据电介质层的膜厚(厚度t)而确定的箔耐压v与电解电容器的额定电压vw之比v/vw设为1.30以上且1.80以下，由此能够减小电介质层的膜厚，从而使静电容量增加，通过将隔膜23的气密度设为3s/100ml以上且30s/100ml以下，能够在抑制电解电容器的esr的增加的基础上，抑制电极间的短路的发生(即提高耐压性)。
64.此外，为了进一步抑制电解电容器的esr增加、并且抑制电极箔之间的短路，可以将隔膜23的厚度设为30μm以上且50μm以下，可以将隔膜23的密度设为0.50g/cm3以下。
65.并且，通过将隔膜23的厚度设为30μm以上且50μm以下，不仅能够进一步抑制电解电容器的esr增加、并且抑制电极箔之间的短路，还能够增加收容于电解电容器的阳极箔与阴极箔的量(总表面积)，因此能够使电解电容器小型化、高容量化。
66.当然，只要能够获得使电解电容器的静电容量增加、抑制esr增加并且抑制电极箔之间的短路的效果，也可以根据箔耐压v与电解电容器的额定电压vw之比(v/vw)来设定隔膜23的不同的气密度。反之，也可以根据隔膜23的不同的气密度，来设定箔耐压v与电解电容器的额定电压vw之比(v/vw)。
67.《隔膜的气密度的测定方法》
68.隔膜23的气密度是依据jis p 8117(纸以及板纸的透气度及透气抵抗度试验方法)而测定的值，该值是通过在b型测定器的下部试验片安装部分安装直径为6mm的圆筒节流器，在节流面夹入作为隔膜23的隔膜纸，测定100ml的空气通过隔膜纸的直径为6mm圆筒面所需要的时间(s/100m1)。
69.隔膜23的气密度的测定方法并不限于上述方法，只要能够测定隔膜的气密度也可以采用其他的测定方法。
70.《电解液》
71.电解液包含溶剂和溶质。电解液的ph可以为6以下。从容易抑制固体电解质的脱掺杂现象，优选电解液的ph为4.5以下，进一步优选电解液的ph为4.0以下，特别优选电解液ph为3.8以下。
72.电解液可以是溶解有硼二水杨酸的溶液，可以是溶解有邻苯二甲酸的溶液，也可以是溶解有硼二水杨酸以及邻苯二甲酸的溶液。这种情况下，电解液的ph可以为6以下。
73.通过将测定温度30℃下的电解液的粘度设为20mpa
·
s以上且250mpa
·
s以下，由此，即使是具有3s/100ml以上且30s/100ml以下的气密度的隔膜23，也能够充分地浸渗电解液。从这一方面考虑，优选将测定温度30℃下的电解液的粘度设为20mpa
·
s以上且250mpa
·
s以下。
74.《固体电解质》
75.固体电解质层中的固体电解质例如包含导电性高分子。也就是说，固体电解质层可以是导电性高分子层。作为导电性高分子，可以使用例如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺和它们的衍生物等。固体电解质可以包含掺杂剂。
76.固体电解质层可以通过对化成覆膜(电介质层)赋予含有单体和掺杂剂的溶液，并原位发生化学聚合或电解聚合的方法来形成。其中，从能够期待优异的耐压特性的观点出发，优选通过对化成覆膜赋予导电性高分子的方法来形成固体电解质层。即，固体电解质层优选通过使包含液状成分和分散至液状成分中的导电性高分子和掺杂剂的高分子分散体
浸渗至化成覆膜后，使液状成分挥发来形成。
77.通过将导电性高分子层用作为固体电解质层，能够提高导电性，能够使电解电容器的esr降低。
78.《实施例》
79.以下，对本公开的多个实施例进行说明，并通过将实施例与比较例进行比较，由此明确本公开中的实施方式的效果。各实施例仅仅是示例，是为了本领域技术人员容易理解本公开的技术方案以及相应的效果而提供的，并不意图通过实施例来限定技术方案中所述的主题。
80.具体而言，对本公开中的实施例1～5以及相应的比较例1～2进行说明，例如，实施例1～5以及相应的比较例1～2中电解电容器采用如下结构：
81.隔膜尺寸：8mm
×
10mm；
82.隔膜厚度：40μm；
83.阳极箔：(通过蚀刻被粗面化的)铝箔+电介质层(氧化铝)(v/vw＝1.7)；
84.阴极箔：在表面形成有碳箔的铝箔。
85.表1中记载了使用气密度不同的隔膜来测定元件的耐压、电解电容器的等效串联电阻esr(产品esr)而得到的结果。
86.《表1》
[0087][0088]
如表1所示，在隔膜的气密度为3s/100ml以上且30s/100ml以下的实施例1～5中，能够在确保较低的产品esr的状态下，得到较高的元件耐压。关于元件的耐压，若耐压为365v以下则无法确保作为产品的可靠性，也就是说无法确保电解电容器的可靠性，因此，在耐压为365v以下的电解电容器中存在问题。此外，关于产品esr，若esr为23mω以上则无法得到充分的产品特性，因此在产品esr为23mω以上的电解电容器中也存在问题。在隔膜的气密度为10s/100ml(实施例2)以上的情况下，可得到更高的耐压，能够确保充分的可靠性。在隔膜的气密度为24s/100ml(实施例4)以下的情况下，可得到更低的esr，能够确保充分的产品特性。
[0089]
(效果)
[0090]
根据上述实施方式，由于将根据电介质层的膜厚而确定的箔耐压v相对于电解电容器的额定电压vw的比v/vw设为1.30以上且1.80以下，将隔膜的气密度设为3s/100ml以上且30s/100ml以下，因此，能够减小电介质层的膜厚从而使静电容量增加，并且能够在抑制esr增加的基础上抑制电极间的短路发生(即，提高耐压)。
[0091]
具体而言，通过将v/vw设为1.30以上且1.80以下，能够减小电介质层的膜厚从而使静电容量增加。并且，通过将隔膜的气密度设为3s/100ml以上且30s/100ml以下，能够在抑制esr增加的基础上抑制电极间的短路发生(即，提高耐压)。
[0092]
根据上述实施方式，根据实际的需要，可以将隔膜23的气密度设为3s/100ml以上
且30s/100ml以下、或者10s/100ml以上且30s/100ml以下、或者18s/100ml以上且30s/100ml以下、或者3s/100ml以上且24s/100ml以下、或者10s/100ml以上且24s/100ml以下、或者10s/100ml以上且18s/100ml以下，由此，能够进一步抑制esr的增加，并且实现电极间的短路发生的抑制(即，耐压的提高)。
[0093]
根据上述实施方式，通过将隔膜的厚度设为30μm以上且50μm以下，由此除了能够减小电介质层的膜厚从而使静电容量增加，并且能够在抑制esr增加的基础上抑制电极间的短路发生(即，提高耐压)，还能够增加收容于电解电容器的阳极箔与阴极箔的量(总表面积)，因此能够使电解电容器小型化、高容量化。
[0094]
根据上述实施方式，通过将隔膜的密度设为0.50g/cm3以上，由此即使减小隔膜的厚度，也能够在抑制esr增加的基础上抑制电极间的短路发生(即，提高耐压)。
[0095]
根据上述实施方式，通过将测定温度30℃下的所述电解液的粘度设为20mpa
·
s以上且250mpa
·
s以下，由此即使如上述实施方式那样设定隔膜的气密度，也能够充分地浸渗电解液。
[0096]
根据上述实施方式，通过将阴极箔的厚度设为20μm以上且50μm以下(减小厚度)，由此能够使电解电容器进一步小型化、高容量化。
[0097]
根据上述实施方式，通过将导电性高分子层用作为固体电解质层，从而能够提高导电性，使电解电容器的esr降低。
[0098]
以上，结合本实用新型的最佳的实施方式示出了本实用新型，但是本领域的技术人员能够理解，在不脱离本实用新型的主旨的情况下，可以对本实用新型进行各种修改、替换和变更，进行这样的修改、替换和变更而得到的各技术方案也包括在本实用新型的范围内。
[0099]
产业上的可利用性
[0100]
本实用新型的电解电容器能够广泛应用于利用电解电容器的各种设备中。