石墨主要有 ABAB 堆積的六方結構（2H 或 相）以及 ABCABC 堆積的菱形結構（3R 或 相），兩種相石墨可以相互轉換，機械處理等工藝可導致石墨中 相組成比例增加，高溫下退火處理會生成熱力學更穩定的 相。石墨以其具有的長程有序的堆疊結構與良好的電導性，較高的比容量，較好的循環性能，成為了商業化鋰離子電池最常見的負極材料，其原料來源主要是瀝青、石油焦和天然石墨，層間距大概在 0.335 到 0.34nm 左右。
石墨雖然本身具有較好的儲鋰比容量（372mAh/g），也在鋰離子電池領域發揮了重要作用，但由于鈉離子半徑較大，阻礙了充放電過程中鈉離子的嵌入與脫出，使石墨不能成為鈉離子電池合適的負極材料，人們也嘗試多種方法來改善石墨的儲鈉性能，但目前結果都不盡滿意。
硅基負極材料的優點在于擁有比較高的理論容量（Li4.4Si,4200mAh/g）；天然的豐度（硅是地球上含量豐富的元素）；以及合適的電化學電勢（0.4V vsLi/Li+）——相比硬碳不容易形成“鋰枝晶”。當然其缺點也同樣明顯：硅材料不可避免的體積變化會導致硅基電極的結構發生破裂或粉化，進而導致 SEI 膜的不可控生長；本身導電性也較差。
