锂离子电池工作电压高，无记忆效应，无污染，自放电小，循环寿命长，是理想的可充电电池。年日本索尼公司首次成功开发以碳材料为负极的锂离子电池。锂离子电池迅速产业化并在手机、笔记本电脑、电动汽车等电器上大量应用。
锂离子电池正极采用锂化合物钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂等，负极采用锂碳层间化合物。电解质为锂盐六氟磷酸锂、双氟磺酸亚胺锂、草酸硼酸盐等有机溶液（碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等）。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，因此也被称为“摇椅电池-(RockingChairBatteries，RCB)”
锂离子电池正极材料必须有能接纳锂离子的位置和扩散路径，以及高插入电位。锂离子电池正极材料一般为半导体，正极材料中锂离子扩散系数为5×10-9cm2·s-1。则在厚度0.1CM的正极涂层扩散需要几天时间。因此实际应用中，正极涂层厚度在几十到几百微米。正极活性物质的粒径和比表面对锂离子电池影响也很大。如下图，当大电流放电时，细孔中的锂离子从孔壁进入正极活性物质，使细孔中的锂离子浓度减少，极化增大，放电困难。如果细孔孔径大，长度小，锂离子就扩散的快，放电就平稳。如果能控制细孔大小和表面积，就可以采用较大粒径的粒子。如果不能控制，可以将活性物质粉碎为几微米的小颗粒。放电时，随着锂离子嵌入活性物质，电子也随之注入。电子再粒子内移动比较快，但在粒子间移动速率比较慢。因此，必须加入导电物质，提高电子移动速率。
正极粒子结构示意锂离子电池负极材料要有良好的充放电循环特性，锂离子插脱量大，放电电压平稳，可逆性好，以及良好的电解液相容性。已开发的负极材料有石墨、石油焦、炭纤维、热解炭、中间相沥青基碳微球、硅负极等。石墨类负极插锂电位低分布在0.00~-0.02V（VSLi/Li+）之间。理论容量高mAh·g-1。但是与有机溶剂相容能力差，容易发生溶剂共嵌入，需要选择合适的电解液。
锂离子电池电解液，由于锂离子电池电压高达4V，电解质只能用有机溶剂。因为水的分解电压是1.23V。锂离子电池电解液导电率一般为10ms·cm-1。是铅酸电解液（5%硫酸水溶液）和碱性电池电解液（6mol·L-1KOH）的电导率的几百分之一。锂离子电池常用锂盐有六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双氟磺酸亚胺锂、草酸硼酸盐等，有机溶剂有碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二甲酯DMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸甲乙酯EMC等。
锂离子电池隔膜，作用是将正负极片隔开，防止直接短路。隔膜不导电，但要电解质离子可以通过。并对电解质具有化学和电化学稳定性，以及浸润性要好。常用的隔膜有PP和PE微孔隔膜，以及PET材质隔膜等。按制造工艺分湿法隔膜和干法隔膜两种。湿法隔膜是将高密度的聚烯烃用液态石蜡做溶剂，加热熔融，然后用挥发溶剂将石蜡提取出来，再将膜片加温至结晶熔点保温，再用易挥发溶剂洗除残留溶剂，加入无机增塑剂使之形成薄膜，再进一步用溶剂提取出无机粉体和增塑剂。干法隔膜是将聚烯烃树脂熔融，压出结晶性高分子，然后将熔融体吹制成薄膜，经结晶化处理后，再低温下成为微孔的原始胚料，再在高温下拉伸成多微孔体。
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