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會員注冊鋰離子電池(如圖 2－3 所示)是指采用可以可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的變價金屬化合物做為正極、采用可以可逆地插入與脫插鋰離子的材料做為負極，從而通過鋰離子在正負極之間的遷移來工作的二次電池。由于電池充電與放電時，鋰離子是在正、負極間進行交換，故鋰離子電池又稱為 搖椅式電池。
下面以鈷酸鋰電池(LiCoO2—LixC6)為例來加以詳細說明。在鈷酸鋰鋰離子電池中，正極材料為鈷酸鋰(即氧化鈷鋰—LiCoO2)， 此時的 Co 為＋3 價。LiCoO2 可以看做是 Li＋嵌入 CoO2(CoO2 中的 Co 為＋4 價)所得。負極材料是石墨，注意石墨是層狀結構，層與層之間是微弱的范德華力，層內 C 原子通過 sp2 雜化構成平面六邊形，層內有未參與雜化的 p 電子可以在其中自由運動。
將負極材料石墨與正極材料鈷酸鋰連接時并沒有電流產生。在鋰離子電池生產工藝中，鋰離子電池生產中很重要的一步、也是在接近電池完成 時的一步重要工序叫做“化成”過程，即給鋰離子電池充電的過程，充電后負極才有鋰離子存在。充電時，伴隨著外電路的電子到達負極，同時有部分如 x 個鋰離子(不超過原鋰離子的一半)從正極 LiCoO2 中脫嵌，經過電解液和隔膜后插入到石墨層間(如圖 2－4 所示)，構成了插層化合物 LixC6(如圖 2－5 所示)。
這里需要說明的有兩點；
①鋰離子從正極脫嵌時，并不是正極鈷酸鋰中所有的鋰離子均脫嵌，只能有部分如 x 個鋰離子脫嵌， x 不能等于 1，否則鈷酸鋰的框架結構將會坍塌(看來鈷酸鋰晶體的大廈 是由 Co、O、Li 三種元素共同支撐的，一旦 Li 全部失去，余下的 Co 與 O 形成 CoO2，那么鈷酸鋰晶體的大廈將坍塌；如果只失去部分 Li，最多失去一半的 L i，那么這個大廈將由失去 Li 后的 CoO2 和原來遺留下來的 LiCoO2 可以勉力共同支撐)。所以 x 值通常取 0.5，即在電池設計時，如果充滿電，此時 x=0.5；
②電池的化成過程即預充電過程中，鋰離子移動到負極，外電路等量的電子同時到達負極，而“鋰離子＋電子”的組合，正 是金屬 Li 原子。因此當鋰離子伴隨著電子同時進入石墨中時，鋰離子插入到石墨層間，完全可以看做是金屬陽離子 Li＋沉浸在自由電子的海洋中， 構成了金屬晶體 Li 與石墨的關系，這種關系可以類比于合金，金屬鋰單質被碳所束縛，LixC6 被稱為插層化合物或層間化合物。從專業術語來說，負極材料鋰離子的來去叫插入和脫插，正極材料鋰離子的來去叫嵌入和脫嵌。
因此鋰離子電池的工作原理就是原電池原理。放電時，Li 原子失去電子，電子經外電路、Li＋從石墨層間脫插進入電解液，與電子同時移向正極， 在正極得電子的同時，x 個 Li＋嵌入到正極 Li1－XCoO2 中形成 LiCoO2。故放電時的負極反應可以寫作：LixC6－xe-==xLi＋＋6C；在正極，得電子的元素是高價態金屬元素 Co，正極反應為：Li1－XCoO2＋xLi＋＋xe-==LiCoO2。放電時的總反應為：LixC6＋L i1－xCoO2== L iCoO2＋6C。
充電時，鋰離子從正極脫嵌， 插入到石墨層中，陽極反應為：LiCoO2－xe-==Li1－XCoO2＋xLi＋；陰極反應為：6C＋xLi＋＋xe-== LixC6。那么也就容易理解，鋰離子電池的電容量取決于放 電時能從負極回到正極中的 Li＋的數量。能從負極脫插，嵌入到正極的 Li＋ 越多，鋰離子放電容量越大。
除鈷酸鋰電池外，其它常見的鋰離子電池的正極材料還有磷酸亞鐵鋰 (LiFePO4)、鎳酸鋰(LiNiO2)錳酸鋰(LiMn2O4)等。它們都是以鋁作為集流體(起承載電極、匯集電流的作用)。典型負極材料是石墨，采用銅作為集流體。工作原理與鈷酸鋰電池相同(如圖 2－6 所示)。
如磷酸亞鐵鋰電池(LiFePO4—LixC6)，
放電時的負極反應為：LixC6－xe-==xLi＋＋6C；
正極反應為 ：Li1－XFePO4＋xLi＋＋xe-==LiFePO4 。
充電時陽極反應 為 ：LiFePO4－xe-==Li1－XFePO4＋xLi＋；
陰極反應為：6C＋xLi＋＋xe-== LixC6。
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