2.2.1 石墨碳

石墨包括天然石墨和人造石墨。石墨是原子晶体、金属晶体和分子晶体之间的一种过渡型晶体。在晶体中同层碳原子间以sp2杂化形成共价键，每个碳原子与另外三个碳原子相连，间距为1.42Å，六个碳原子在同一平面上形成正六边形的环，伸展形成片层结构。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们互相重叠，形成离域π键，电子在晶格中能自由移动，可以被激发，所以石墨有金属光泽，能导电、传热。由于层与层间距离大（3.335Å），结合力（范德华力）小，各层可以滑动，所以石墨的密度比金刚石小，质软并有滑腻感。由于锂离子半径为0.76Å，因此锂离子可以完全插入到石墨层之间且不会破坏石墨的整体结构。

锂离子在碳材料中的嵌入过程为[1]

随着锂不断进入石墨层中，会形成嵌锂石墨层间化合物（Grapnite Intercalation Compound，GIC），GIC具有阶结构（见图1-2-1）。相邻两个嵌入原子层之间所间隔的石墨层的个数即为石墨层间化合物的阶。

GIC表达式为LiC_n，传统上认为n的最大值为6，此时石墨材料的比容量为372mA·h/g。在嵌锂达到LiC₆时，石墨层间距会从3.34×10-10m增大到3.7×10-10m。