锂离子嵌入石墨负极的过程涉及多个物理和化学步骤，具体机制如下：

一、嵌入过程的核心机制

溶剂化锂离子扩散

首先，电解液中的锂离子通过扩散作用迁移到负极表面。

去溶剂化与嵌入

到达负极表面的锂离子开始与溶剂分子脱溶剂化，随后穿过固态电解质（SEI）膜并嵌入石墨层间，形成层间化合物LixC₆（0 < x < 1）。该过程是可逆的，允许电池反复充放电。

相变与体积调整

锂离子的嵌入导致石墨层间距扩大，层堆积方式从ABAB型变为AAAA型，形成有序的阶结构。这种结构变化通过位错运动和锂离子扩散实现。

二、关键影响因素

电解液成分：

不同溶剂（如醚类、PC基电解液）对三元插层化合物的稳定性有显著影响，可能影响石墨结构完整性。

温度与电压：高温或高电压环境可能加速锂离子迁移和SEI膜形成，影响嵌入效率。

三、结构演变特征

初期嵌入

初次充电时，锂离子部分以Li+溶剂络合物形式嵌入，形成可逆反应：

$$\text{Li}^+ + 6\text{C} \rightarrow \text{Li}_6\text{C}$$

理论容量可达372mAh/g（x=1）。

长期使用影响

随着充放电循环，部分锂离子无法完全恢复到原始结构，导致容量衰减。析锂现象（锂金属沉积）可能引发“死锂”形成，进一步降低性能。

四、总结

锂离子嵌入石墨负极的核心在于形成稳定的LixC₆结构，通过可逆的嵌入-脱嵌过程实现能量存储。但实际应用中需平衡容量保持与结构稳定性，以延长电池寿命。