专利名称：真空电池及其制造方法
技术领域：
一种化学与物理相结合的新型电池，属于新能源技术。
二、技术背景电子显像管，离子电镀，为了利于电子离子的产生，为了利于电子离子的行动，将它们活动的环境做成真空。在我研究的动力电池中，我也在苦思瞑索地寻找利于离子产生的环境；寻找利于离子运行的环境。除了上述的显像管、离子电镀外，质子对撞机也是用真空作为正电粒子的通道。他们为什么不用液体电解质，不用固体电解质作为正电粒子的通道呢？为什么要用真空呢？基于这一疑问，我就萌发了真空电池的概念。真空镀膜、离子电镀中离子不用电解质传导，而在真空中飞行，这证明离子在真 空中飞行比在电解质中飞行更优越。那么电池锂离子也一定能在真空中飞行。在真空中的自由正离子，只要有一点点外力就会移动。现在有负电极的负电场吸引；有正电极正电场的排斥，锂离子一定会有力地飞向负电极，这是没有问题的。现在需要考虑的是离子怎样脱出电极，这是本发明的关键。
发明内容
本发明的目的是要创立电池离子产生的新环境，创立电池离子通行的新环境；创立全新的真空电池。本发明是这样实现的，首先，我们要使电极产生离子，有了离子才能移动到另一极去储存电能。以锂离子电池为例，它的正离子脱出是依靠三种环境条件一是依靠以锂原子自身的活性，即锂原子自身的动能大，相互间的束缚能力差，离子容易脱出，所以电极物质都是活性物质。二是依靠电极和电解质的界面，这是一种原子能级差的界面，电极材料中原子能级一定大于电解质原子的能级，两种物质接触时，接触界面大动能的原子必定会向低动能原子区域扩散。扩散使得原子变为电子、离子松散型的原子停留在界面，为电池创造了离子脱出的环境。三是最关键的环境条件，充电时，因为外电源提供正电势，外电源线路接通，正电极被吸去大量锂电子，迫使锂原子快速电离，产生大量的锂离子进入电解质。这三个环境条件保证了锂离子的产生。但是现在变为真空电池了，以上三种环境中，第I第3种没有变，只是第2个环境改变了，即电解质变为真空。分析认为这种改变不会影响锂离子的产生，只会更加有利。原来电解质能够提供一种原子能级低的界面环境，吸引锂原子扩散成离子。现在真空界面同样能减小锂电子迁移阻力，还能减小锂离子脱出晶格时外环境的阻力，所以真空能替代电解质促进离子的脱出产生。真空电池中锂离子脱出后，飞向负极的动力，一是来源于离子脱出晶格后剩余的动能，二是来源于正电极电场的排斥力，三是来源于负电极电场的吸引力。在这三种力的作用下锂离子一定能嵌入负电极。
原来电解质除了促进离子脱出，作为离子通道外，还有一个重要的作用是，在放电时阻止电子走近路(短路)，从电解质回到正极，而让它从外线负载经过到正极。现在电解质不用了，用真空了，真空电池怎样处理这一情况呢？我在真空电池的正负两极间设置了一道金属电隔网，电隔网上带有负电压，它产生的负电场力，可以禁止电子通过，离子因为带有极性相反的电荷，不但允许通过，还要吸引它通过。这种阻拦电子的方法，在早期的电子真空三极管中被大量应用，很可靠实用。下面请看真空电池的工作过程，请看图1，图I中(5)是真空包，真空包内有电池正极⑴例锰酸锂，电池负极⑷，例如碳，正负电极之间有电隔网⑵和绝缘隔板，绝缘隔板可以包在电隔网的外表。
充电时，正极锂电子被外电势从外线路转移到负极，使正极产生锂离子，同时正极产生排斥锂正离子的电场力，负极得到电子则同时产生吸引正离子的电场力，再加上真空阻力的减小，锂离子大量快速地脱出正极，奔向负极，嵌入负极晶格，与正极过来的电子，与负极晶格重建临时家园，将电能储存在负极(包括正极晶格建立了空位势能)。充电停止后电隔网(2)上的负电压继续存在，这时正极晶格空位虽有吸引电子的力量，但负极锂电子被电隔网阻挡，再加负极材料原子核和晶格的束缚力，使得充满电后储存在负极的锂电子只能蠢蠢欲动，而不能跨出步阀。只有等到放电时，外线路开通，负极电子才能踊向外线路飞奔正极。失去了电子维系的稳定性，负极立即电离瓦解，放出大量储存的锂正离子，奔向正在出现负电场的正电极。本发明就是如此实现的，利用真空取代电解质，完成离子的迁移，利用电隔网阻挡电子在电池内迁移。以此创造出效果更佳的真空电池。本发明的优点是1、因为取消了电解质，可以避免电解质产生的一系列缺陷，例如燃烧、爆炸、枝晶沉积、浓差极化，还可以对现有创新研究电池中出现的一些难题一举攻克。
2、因为取消电解质可以用200V高电压充电，加快充电时间，可以大电流放电，适应汽车路况需要，其电极放电可达200A/。
四
图I是真空电池示意2是全真空电池示意3是气体解质真空电池示意4是粉体解质真空电池示意5是加热真空电池示意6是助动真空电池不意中数码注释为1-正极,2-电隔网，3-真空，4-负极，5-真空包，6-气体，7-超声波振动器，8-电解质粉粒，9-加热电源，10-电热丝，11-助动电源，12-整流二极管，13-负载。五、具体实施方法现实中的真空镀膜，电光源管都证明正离子在真空中会飞向负极。但嵌在晶格中的锂离子，不用电解质，改用真空倒底能不能使离子脱出呢？这是前人没有做过的事，我不得不采用多种方案进行探索，以确保一种方案能首先投入应用。方案一，见图2，这是全真空方案，真空包内只有电池正极和电池负极，因为真空是绝缘的，电子在负极晶格和锂原子核的束缚下，没有外力激发，不会飞到正极去的。因此本方案不需要电隔网阻挡电子。方案二、按图I所示，有电隔网(2)，电隔网上经常带有负电压，但没有电流，以一个恒定的负电场力来阻挡电子短路飞向正极。电隔网可以设在负电极表面或表层内。电隔网的外表可以包上绝缘的材料作绝缘隔板，也可以左右分开设置，一边是电隔网，一边是绝缘隔板，但电隔网和绝缘板表面都具有穿透的网孔。考虑到真空电池中锂离子可能难以脱出电极，可采用如下的促进方案。方案三，请看图3，与方案1、2比真空包内增加了电解质气体(6)但真空包保持负压状态。制造时，在电池中加入少量电解液，抽气时，电解液全部变为气体。也可加入其他气体，例如氩气。这些气体分子会在正极、负极表面频繁地、快速地撞击，每次撞击就会触动 锂离子脱出，形成一种钓鱼的方式，诱发锂离子脱出。方案四、请看图4，真空包内有超声波振动器(7)，该方案在正负电极间设有一层疏松的电解质粉粒(8)，电解质粉粒的一端与超声振动器相连，工作时，电解粉粒在电极表面作超声振动，粉粒位置快速变化，产生与气体分子撞击时类似的效果，诱使整个电极表层的离子脱出。它的优点是不会减小真空压力。方案五、见图5，在正负极的集流体中加入电阻丝(10)，工作时，给电阻丝通电加热，对正在产生离子和电子的电极进行加热，增加锂原子、锂电子的动能。这种加热一般只需在起动时，在低气温时米用。耗电不大。方案六、在离子溅射渗镀工艺中，只要真空中两极电压足够高，大量的正离子会飞溅到负极工件上。工件上很快会长出一层涂质材料。为了确保离子脱出正极，进入负极，为了有理想的离子流量进入负极，我在正负极间加上一个助动电源(11)。助动电源的电压较高，电流较小。助动电源的加入是并联的，并通过整流二极管将助动电源与放电做功电源分成两个回路。请看图6所示。由于助动电路与放电电路分成两个回路，它的电流不会参与放电做功，又因助动电流较小，所以它的耗电很小，但电压却起到了吸引离子的助动作用。因为真空电池不怕高电压，为了加快充电速度，可用高电压充电。真空电池可大可小，小到手机电池，大到汽车电池，但具体装配时，不管单体的还是组合的，都必须在正负电极间加入绝缘隔板，一可绝缘，二可作支撑。为了不影响离子通行，绝缘隔板做成网格形状，这种隔板的制造比原来的隔膜简易得多，只需用普通的塑料制作，价格很低。一般是将塑粉喷涂在电隔网上。该真空电池，还可把体积很大的可移动的正负电极装在真空包内，做成真空式的动极电池。(动极电池是我以前的发明)。因为真空基本上不提供参与电化学反应的物质，所以目前来讲本发明只适宜于离子不参与电化学反应的电池，例锂离子电池。其实，只要正负极间的距离足够小，锂离子就会自行脱出，走入负极。只要电极加热有足够的温度，锂离子也会自行脱出走入负极。总之，本发明是一个困难不多，很有前途的发明，实用的曙光不久就会出现！
权利要求
1.真空电池，具有正电极、负电极，其特征为真空包内有电池正极和电池负极，正负极之间有电隔网和绝缘隔板，并且用真空取代电解质，完成离子的迁移，用电隔网阻档电池内电子的迁移。
2.根据权利要求I所述的真空电池,其特征为电池外壳就是一个真空包,正电极、负电极、电隔网、绝缘隔板，超声波振动器、可以移动的电池正极和电池负极，都可以安装在这个真空包内。
3.根据权利要求I所述的真空电池，其特征为真空包在保持负压状态下，真空包内可以有气体存在。
4.根据权利要求I所述的真空电池,其特征为真空包内正负电极间有一层电解质粉粒，并且电解质粉粒受超声传动，作超声振动。
5.根据权利要求I所述的真空电池，其特征为电隔网上经常带有负电压，电隔网可以设置在电极表面或表层内，电隔网的外表可以包上绝缘物。
6.根据权利要求I所述的真空电池，其特征为对正在产生离子和电子的电极进行加热。
7.根据权利要求I所述的真空电池，其特征为电隔网和绝缘隔板都具有穿透的网孔。
8.根据权利要求I所述的真空电池，其特征为真空包内只有电池正极和电池负极，没有电隔网。
9.根据权利要求I所述的真空电池，其特征为在正负上加入一个助动电源，助动电源是并联加入的，并通过整流二极管将助动电源与放电做功电源分成两个回路。
10.根据权利要求I所述的真空电池，其特征为可以用高电压电源充电。
全文摘要
一种全新的真空电池，所有化学电源都离不开电解质，现在可以抛弃电解质。依靠真空来完成离子的迁移，依靠电隔网来完成电子向外输送。本发明可明显提高电池的质量比能量，可大幅降低电池成本，有利于电动汽车的推广。
文档编号H01M10/04GK102723521SQ201210122299
公开日2012年10月10日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者胡小华 申请人:胡小华