石墨锂电负极材料的晶体结构为层状，由无数石墨片层在范德华力作用下堆叠形成。石墨表面：层与层之间的平面为基面，与基面垂直的表面为棱面，棱面又包括之字形面和摇椅面，通常存在含氧官能团。从结晶学观点分析，石墨有六方石墨和棱形石墨，前者排列方式为ABABAB，而后者排列方式为ABCABC，因两种结构转变能垒很小，因此不存在理想的石墨晶体。
晶粒较大的天然石墨具有鱼鳞状结构，故称为鳞片石墨；晶粒较小的天然石墨称为微晶石墨。鳞片石墨和微晶石墨颗粒均为亚颗粒聚集体。鳞片石墨结晶性好、晶粒较大、晶粒解理面和解理台阶清晰可见，各向异性明显。微晶石墨结晶性比鳞片石墨差、晶粒较小、片层很薄，团聚取向随机，各项异性不明显。此外因鳞片石墨晶粒大，相应的锯齿面（zig-zag）和扶手椅面（arm-chair）的比例比微晶石墨小。
从理论上来说，锂离子在石墨中能够完全可逆嵌脱，但实际应用中首次循环存在容量衰减的状况，其原因是低电位电极在首次嵌锂时与电解液反应生成具有锂离子导电性和电子绝缘性的钝化膜（SEI膜）。
除受表面SEI膜影响外，还受到溶剂共嵌入的影响。溶剂共嵌入反应由炭材料的结晶性和表面结构以及所用电解液的组成共同决定。另外，影响不可逆容量的因素还有炭表面的杂质，如H2O、O2的不可逆还原；表面复合物，如炭晶粒边缘的表面氧化物的还原；炭基体中发生不可逆反应，主要由多晶炭材料内部晶粒边缘的官能团不可逆还原造成。
