在原理上锂离子电池实际是一种锂离子浓差电池，正、负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成，正极采用锂化合物LiCoO₂、LiNiO₂或LiMn₂O₄，负极采用锂碳层间化合物LiC₆，电解质为LiPF₆和LiAsF₆等有机溶液。经过Li⁺在正负电极间的往返嵌入和脱嵌形成电池的充电和放电过程。充电时，Li⁺从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富锂态，正极处于贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保持负极的电平衡。放电时则相反，Li⁺从负极脱嵌，经过电解质嵌入到正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。正常充放电情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起层面间距的变化，不破坏晶体结构；在放电过程中，负极材料的化学结构基本不变。因此，从充放电的可逆性看，锂离子电池反应是一种理想的可逆反应。锂离子电池的电极反应表达式如下。

正极反应式：

LiMO₂→Li_1-xMO₂+xLi⁺+xe （3-36）

负极反应式：

nC+xLi⁺+xe→Li_xC_n （3-37）(www.daowen.com)

电池反应式：

LiMO₂+nC→Li_1-xMO₂+Li_xC_n （3-38）

式中 M——Co、Ni、W、Mn等金属元素。

图3-36是钴酸锂离子电池工作原理，其他类型锂离子电池与此类似。