鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。
在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。
鋰離子電池工作原理：
以一般的鋰離子電池為例，其是以鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。
充電正極上發生的反應為：LiCoO2==Li（1-x）CoO2+XLi++Xe-（電子）
充電負極上發生的反應為：6C+XLi++Xe- = LixC6
充電電池總反應：LiCoO2+6C = Li（1-x）CoO2+LixC6
正極
正極材料：可選的正極材料很多，主流產品多采用鋰鐵磷酸鹽。不同的正極材料對照：
正極反應：放電時鋰離子嵌入，充電時鋰離子脫嵌。
充電時：LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-
放電時：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4。
負極
負極材料：多采用石墨。新的研究發現鈦酸鹽、硅基、錫基及納米氧化鎢作負極材料可能會更好。
負極反應：放電時鋰離子脫嵌，充電時鋰離子嵌入。
充電時：xLi+ + xe- + 6C → LixC6
放電時：LixC6 → xLi+ + xe- + 6C
鋰離子電池具有能量密度大，沒有記憶效應，工作溫度范圍寬為-20℃～60℃，循環性能優越、可快速充放電及使用壽命長的優勢。而且電池沒有環境污染，被稱為綠色電池。
