目前鋰離子電池的負極一般采用石墨或其他碳材料，正極為氧化鈷鋰等過渡金屬氧化物。石墨和氧化鈷鋰都具有層狀結構，在特定電壓下鋰離子能夠嵌入或脫出這種層狀結構，而材料結構不會發生不可逆變化。充電時，正極中的鋰原子電離成鋰離子和電子。鋰離子在外加電場作用下，在電解液中由正極遷移到負極，還原成鋰原子，插入到負極石墨的層狀結構中。放電時，鋰原子在負極表面電離離子和電子，分別通過電解液和負載流向正極，在正極重新復合成鋰原子然后插入到正極的氧化鈷鋰的層狀結構中。