[发明专利]真空电池及其制造方法

说明书

一、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。

三、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1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1中(5)是真空包，真空包内有电池正极(1)例锰酸锂，电池负极(4)，例如碳，正负电极之间有电隔网(2)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。