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锂固态电解质（LPS）作为一种有前景的电池材料，吸引着广泛的研究兴趣。LPS在实际应用中仍面临着一些挑战，如锂金属镀反应引起的过电位问题。
为了深入理解LPS系统中温度和压力对锂金属镀反应的影响，本研究进行了一系列实验并进行了详细分析。
本文将对结晶态LPS和非晶态LPS在不同温度和压力下的性能表现存在差异现象进行探究。
高温操作和高压条件对LPS系统的稳定性和过电位有着显著影响。使用原子力显微镜测量和理论计算，得以揭示了LPS表面粗糙度与性能之间的关系。
当固定晶粒尺寸时，随着孔隙率的增加，有效离子导电率迅速下降，对于25%的孔隙率，有效导电率降低到名义值的65%。
空隙的存在显著阻碍了离子在固体电解质中的传输镗床，Li+离子必须沿着环绕空隙的曲折路径移动。
与孔隙率相比，晶粒尺寸对有效离子导电率的影响显著较小；在固定孔隙率下，当晶粒尺寸从1微米增加到25微米时，有效导电率略微增加；超过25微米后，它保持大致恒定。
这是因为对于GB厚度δ = 10 nm，即使对于最小的晶粒尺寸1微米，对应的GB体积也3%。
GB阻碍离子传输，因为它们的离子导电率仅为晶粒导电率的1%。它的影响只在GB密度最高的非常小的晶粒尺寸下才能看到。
随着晶粒尺寸的增加，GB密度减小，对于晶粒尺寸≥25微米，GB体积0.12%。
因此，具有≥25微米晶粒尺寸的材料具有足够的离子传导通道，可以保持其名义离子导电率。
随着孔隙率的增加，由于存在不提供任何刚度的空隙，固体电解质变得更加柔软。
与离子导电率相比，晶粒尺寸对杨氏模量的影响要小得多，因为GB的刚度约为晶粒刚度的50%，而相应的离子导电率比例为0.01。
因此，优化固体电解质的微观结构以获得有效的离子导电率是很有必要的；具有良好传输特性的固体电解质微观结构将自动具有足够的刚度。应该紧密填充固体电解质以避免空隙形成，孔隙率5%是理想的。
当晶粒尺寸从1微米增加到50微米时，离子导电率显著增加。当晶粒尺寸为1微米时，GB体积约为23%.
当晶粒尺寸为50微米时，GB体积减少到近似0.1%。当GB密度非常小的时候，多晶固体电解质具有良好的传输和力学性质。
随着孔隙率的增加，刚度迅速降低；当晶粒尺寸超过50微米时，达到了名义杨氏模量。
并没有观察到明显的空隙尺寸影响；有效离子导电率和刚度随着空隙尺寸的变化有轻微的变化。
在研究中应该尽量保持空隙尺寸较小，较大的空隙可能导致非常曲折的通道，并且如果空隙靠近电极-电解质界面，则可能使该区域电化学上不活性。
孔隙连通性对于电极-电解质界面区域也有影响，与连接较少的孔隙相比，具有互连孔隙的固体电解质会更早发生短路。
对于最佳的多晶固体电解质微观结构，以下是设计准则：晶粒尺寸≥25微米，空隙尺寸≤1微米，孔隙率5%。
Li-金属的峰值位于x = 0微米和x = 100微米处，而中心区域x = 50微米对应于Li-金属的低谷。
界面扰动在σYY等高线图中用白线表示，该配置下的应力大小在吉帕斯卡尔范围内,由于界面应力的大小，它对Δμe-的影响是显著的。
对于SE:Li的剪切模量比GSE:GLi高达3，摩尔体积比VSE:VLi = 12.88，对于表面粗糙度为8纳米和Ak = 0.4的情况下，Δμe-的数量级约为100千焦耳/摩尔。
应力对电流密度分布的放大效应导致电流通量从峰值重新分布，其中SE的剪切模量是Li-金属的两倍。
SE和Li-金属的顶部和底部表面分别受到10 MPa的压力。对于平坦界面，y方向的法向应力应趋于外部压力的大小。
σYY值在整个SE和Li-金属中接近-10 MPa，意味着应力的压缩性质。在远离界面的远场区域，σYY取外部压力值。
正常加载下的平坦界面不应该存在剪切应力。σXY表现出这种行为，剪切应力的大小约为10^-4 MPa。σXX在界面处显示出预期的应力不连续性。
扰动振幅的增加略微改变了应力等高线图，尽管σYY仍然接近10 MPa。在外部压力边界条件下，系统内的应力范围接近外部压力的大小，与零位移边界条件相比，这个大小约为小数点后三个数量级。
相应的Δμe-的数量级变为摩尔级别的焦耳，而不是千焦耳，应力对反应动力学的影响显著减小，其中exp[（1-αa）（Δμe-/RT）]项的值非常接近1。
这意味着界面应力对Li-SE界面上的异质电流密度分布的影响微小，而沉积不稳定性的主要贡献来自于离子传输限制。
这个观察结果也在Tu等人的研究中得到了验证。由Δμe-/F给出的沉积反应的表面过电势可以进一步近似为η=-φe，因为Δμe-/F的大小约为10^-4 V。
在改变剪切模量和摩尔体积比的同时，Li金属电极的剪切模量、泊松比和摩尔体积保持恒定：分别为3.4 GPa、0.42和1.3×10^-5 m^3/mol。
将电化学性质设定为a-LPS系统的性质，即离子导电率和交换电流密度分别为0.04 S/m和7.81 A/m^2，参考温度为25°C。
表面粗糙度设置为500 nm，电流密度为1 mA/cm^2，操作温度为25°C。
外部压力从0.1 MPa增加到100.0 MPa。在0.1和1.0 MPa的低压下，应力不足以抵消传输不稳定性，导致整个剪切模量和摩尔体积比范围内的沉积不稳定（ip/iv 1）。
随着外部压力进一步增加到10.0和100.0 MPa，我们看到稳定区和不稳定区的分界。
随着外部压力的增加，应力诱导的沉积稳定性得到改善，对于非常低的剪切模量比，胜过由于传输引起的不稳定性。
在100.0 MPa的外部压力下，几乎整个摩尔体积比范围只有在低剪切模量比下才进入稳定的沉积区域。
对于高剪切模量比，即使在高压（10 MPa）下，也出现不稳定的沉积（ip/iv 1），这说明由于表面扰动引起的传输效应使电流集中在峰值而不是低谷，应力无法将电流从峰值重定向到低谷。
只有在高压力（10 MPa）下的低剪切模量比情况下，应力才能抵消传输不稳定性。对于高剪切模量比，传输效应胜过动力学效应，沉积始终不稳定，向较低的摩尔体积比移动时，沉积不稳定性单调减小。
与剪切模量比相比，摩尔体积比的影响更为显著，这通过水平轴上较大的色彩渐变可以看出。在外部压力考虑下，将不再看到沉积稳定性随摩尔体积的非单调趋势，这与Ahmad和Viswanathan的研究结果不同。
有机SE的摩尔体积被建议为~0.14，对于高剪切模量比，很难在高剪切模量比下保持稳定沉积。即使对于GSE/GLi = 50或100的情况，沉积仍然是不稳定的。
根据所提供的Monroe-Newman理论，在兆帕斯升压情况下获得了与之相反的结果，其中应力的大小为吉帕斯。
随着外部压力的增加，低剪切模量比下的沉积稳定性增加，然而高剪切模量比下的沉积稳定性降低，提出使用剪切模量超过Li金属两倍的硬质SE来抑制树枝晶的生长。
这种趋势反转是由压缩外部压力考虑引起的，其中正应力（σxx、σyy、σzz）在整个SE中都是压缩性的。
对于100 MPa的外部压力情况，应力已足够大，对反应动力学产生一定影响。根据外部压力的大小，稳定区发生变化，更高压力下观察到更大的稳定区。
对于LPS来说，剪切模量比1，可以看到它在低压下处于不稳定区，并且随着压力的增加不稳定性增加。
将外部压力设置为10 MPa，表面粗糙度为500 nm，环境温度为25°C。
随着电流密度从0.1增加到10.0 mA/cm2，由于高电流速率工作腔，运输不稳定性加剧，导致峰值和谷值之间的电势差扩大，进而引发运输不稳定性。
即使在最低电流密度0.1 mA/cm2下，也看不到稳定区，因为压力不足以抵消运输不稳定性。
随着电流密度的增加，锂峰的快速生长趋势增加。超过阈值电流密度后，锂峰将无阻碍地生长，并通过晶界断裂到达阴极，导致ASSB的内部短路故障。
随着金属-电解质界面的表面粗糙度增加，运输不稳定性开始增加，峰值和谷值之间的电势差扩大，增加了运输不稳定性。
在这些剪切模量比下，应力效应无法抵消运输不稳定性的增加气胎制动器，也无法将Li+离子通量从峰值引导到谷值。
随着表面粗糙度的增加，无论摩尔体积比如何，不稳定性都会增加，因为峰值和谷值之间的距离变大。
相对于谷值，离子输运到峰值变得更容易，这种输运加剧导致ip/iv 1。
通过保持外部压力为10 MPa，应用电流密度为1 mA/cm2，表面粗糙度为500 nm，确定了操作温度对沉积稳定性的影响。温度从0°C增加到100°C。
低温操作不适合稳定沉积。在低温下，离子导电率和交换电流密度减小，导致运输和动力学变慢，产生一种复合效应。
随着温度的增加，这两个参数的增强导致峰值和谷值之间的表面过电势变化减小，可以通过应力效应来对抗。
在非常高的温度下，稳定性开始下降，这是因为高温会导致更高的扩散速率和更强的峰值生长，进一步加剧运输不稳定性。
通过调节这些参数，可以实现稳定的沉积过程，减少不稳定性和防止内部短路等问题的发生。
不同的材料和系统可能会对这些因素的影响有所差异，因此在具体应用中需要进行更详细的实验和研究。
在高温下操作的a-LPS系统能够承受更高的临界电流密度，并且随着温度的升高，操作过电位下降。
即使在高压和高温的条件下，c-LPS系统的临界电流密度也无法超过10 mA/cm2。
计算沉积稳定性参数之后发现高压和高温可以提高系统的稳定性，减小过电位，还发现了c-LPS相对于a-LPS具有更高的表面粗糙度和电流不稳定性。
尽管此次的模型还存在一些限制，无法动态计算电压，并未考虑到接触面积的变化。
在未来的研究中，应继续探索动态行为、考虑更多复杂的因素，以进一步改进固态电池的性能和稳定性。
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