碳酸锂分子式Li2CO，是锂盐工业基础原料，晶体构型与原子排布规律直接决定其宏观物理参数、溶解行为与加工特性，晶体结构归属于三方晶系方解石型衍生结构，区别于碳酸钙规整晶格，受锂离子半径极小的影响出现晶格畸变，成为其理化特殊性的内在根源。晶体中CO32-呈平面正三角形构型作为阴离子骨架有序排布，Li+穿插在碳酸根层间空隙，阳离子配位数为6，碳酸根离子通过离子键与锂离子结合形成层状堆叠晶格。因锂离子离子半径远小于碱金属同族离子，晶格堆积紧凑、晶格能偏高，相较碳酸钠、碳酸钾晶格致密性更强，晶体内部空隙少、结晶致密，也是碳酸锂熔点高、水溶性反常偏低的核心结构诱因。常温常压下稳定晶型为α-Li2CO3，升温至723℃发生晶型转变生成高温β相，晶格排布松散，高温晶相稳定性有限，降温后可恢复常温稳定晶型。
外观与密度方面，高纯碳酸锂为白色结晶性粉末或细小针状结晶，无异味，工业品级产品因微量杂质呈现灰白或微黄色调。致密规整的晶格使其实测堆积密度与真密度高于多数轻质锂盐，真密度约2.11g/cm3，粉体松密度受结晶粒度、制备工艺影响浮动，沉淀法超细碳酸锂松密度偏小，高温煅烧重结晶产物晶粒粗大、堆积密实。晶体脆性突出，受力易沿晶面解离碎裂，无延展性，无法像金属锂一样锻压成型。
熔沸点与热学特性由高晶格能主导，常压下碳酸锂受热不直接熔融分解，约730℃开始缓慢脱除二氧化碳逐步分解为氧化锂，常压分解区间宽泛，不存在稳定液态沸点；密闭加压环境中可在720～735℃实现熔融，熔融态流动性较差。热膨胀系数偏低，晶体受热晶格形变幅度小，热稳定性优于其他轻质碳酸盐，常温至300℃区间理化形态基本不变。受热分解生成Li2O与CO2是锂电前驱体制备、陶瓷烧结的重要反应依据。
溶解与溶剂亲和性是碳酸锂标志性物理特征，受致密晶格制约，水中溶解度反常低于同族碱金属碳酸盐，随水温升高溶解度不升反降，冷水溶解度优于热水，常温纯水溶解度仅0.8～1.3g/100mL，升温后晶格收缩、水分子难以嵌入解离，溶解度持续走低。难溶于乙醇、丙酮、乙醚等绝大多数有机溶剂，仅微量溶于稀无机酸并发生复分解溶解，与盐酸、硝酸快速反应生成可溶性锂盐，该溶解特性广泛用于碳酸锂提纯与精制工艺，利用冷热温差重结晶除杂。
光学与电学物理性质上，纯净单晶碳酸锂呈玻璃光泽，透光性良好，在紫外至可见光波段无特征吸收，粉体表现为白色不透明。常温固体几乎不导电，离子被晶格束缚无法自由迁移，熔融或酸溶解离为锂离子与碳酸根后具备离子导电性。晶体无吸湿性，常温敞口存放不易潮解结块，区别于碳酸钠极易吸水潮解的特性，仓储环境适应性强。
粒度与表面物性受合成工艺调控，液相沉淀法制备的超细碳酸锂晶粒细小、比表面积大，反应活性更高，适配锂电正极原料生产；高温固相结晶产物晶粒粗大、比表面积低，活性偏弱，多用于玻璃陶瓷工业原料。粉体化学惰性良好，常温空气中不吸收水分与二氧化碳，长期储存组分稳定。
碳酸锂紧凑畸变的三方晶系晶格是全部物理性质的本源，高晶格能带来高热稳定性、低水溶性、难潮解、高熔点区间等特征，这些理化属性支撑其在锂电原料、特种玻璃、陶瓷釉料、医药锂制剂等多领域工业化应用，同时其独特的反向水溶规律成为湿法提纯、分级精制的关键工艺基础。
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