锂是所有金属中最轻的，具有最大的电化学势能并提供最大的单位重量比能。阳极上带有锂金属的可充电电池可以提供极高的能量密度；然而，在 80 年代中期发现循环会在阳极上产生不需要的枝晶。这些生长颗粒会穿透隔板并导致短路。电池温度会迅速升高并接近锂的熔点，导致热失控，也称为“放火”。1991 年，在手机电池释放出可燃性气体并烧伤一名男子的面部后，大量运往日本的可充电金属锂电池被召回。
锂金属固有的不稳定性，尤其是在充电过程中，将研究转向使用锂离子的非金属溶液。1991 年，索尼将第一款锂离子电池商业化，如今这种化学物质已成为市场上最有前途、发展最快的电池。尽管比能量低于锂金属，但只要遵守电压和电流限制，锂离子是安全的。=
发明锂钴氧化物电池的功劳应该归功于John B. Goodenough (1922)。据说在开发过程中，日本电话电报公司（NTT）聘请的一名研究生在美国与Goodenough一起工作。取得突破后不久，这名学生带着这一发现回到了日本。然后在 1991 年，索尼宣布了一项关于锂钴氧化物阴极的国际专利。多年的诉讼接踵而至，但索尼保住了专利，而古迪纳夫的努力却一无所获。为表彰在锂离子电池开发方面做出的贡献，美国国家工程院授予 Goodenough 和其他贡献者查尔斯·斯塔克·德雷珀奖2014 年。2015 年，以色列授予 Goodenough 100 万美元的奖金，他将把这笔奖金捐给德克萨斯材料研究所，以协助材料研究。
卓越比能量的关键是 3.60V 的高电池电压。活性材料和电解质的改进有可能进一步提高能量密度。负载特性良好，平坦的放电曲线可在 3.70–2.80V/电池的理想平坦电压范围内有效利用存储的能量。
1994 年，18650 圆柱电池锂离子的制造成本超过 10 美元，容量为 1,100mAh。2001年，价格跌至3美元以下，容量升至1,900mAh。如今，高能量密度 18650 电池可提供超过 3,000mAh 的电量，而且成本正在下降。成本降低、比能量增加和不含有毒物质为锂离子电池成为便携式应用、重工业、电力传动系统和卫星普遍接受的电池铺平了道路。18650 的直径为 18 毫米，长度为 65 毫米。
Li-ion is a low-maintenance battery, an advantage that most other chemistries cannot claim. The battery has no memory and does not need exercising (deliberate full discharge) to keep it in good shape. Self-discharge is less than half that of nickel-based systems and this helps the fuel gauge applications. The nominal cell voltage of 3.60V can directly power mobile phones, tablets and digital cameras, offering simplifications and cost reductions over multi-cell designs. The drawbacks are the need for protection circuits to prevent abuse, as well as high price.
锂离子使用阴极（正极）、阳极（负极）和电解质作为导体。（放电电池的阳极为负极，阴极为正极（参见BU-104b：电池构建模块）。阴极为金属氧化物，阳极为多孔碳。放电期间，离子通过电解质和隔板；电荷反转方向，离子从阴极流向阳极。图 1说明了该过程。
锂离子电池种类繁多，但都有一个共同点——“锂离子”流行语。虽然乍一看非常相似，但这些电池的性能各不相同，活性材料的选择赋予它们独特的个性。
索尼最初的锂离子电池使用焦炭作为阳极（煤制品）。自 1997 年以来，包括索尼在内的大多数锂离子制造商都转向使用石墨以获得更平坦的放电曲线。石墨是一种具有长期循环稳定性的碳，用于铅笔。它是最常见的碳材料，其次是硬碳和软碳。碳纳米管尚未在锂离子电池中找到商业用途，因为它们往往会缠结并影响性能。有望提高锂离子性能的未来材料是石墨烯。
图 2显示了具有石墨阳极和早期焦炭版本的现代锂离子电池的电压放电曲线。
已经尝试了几种添加剂，包括硅基合金，以提高石墨阳极的性能。需要六个碳（石墨）原子才能与单个锂离子结合；一个硅原子可以与四个锂离子结合。这意味着硅阳极理论上可以储存石墨能量的 10 倍以上，但充电过程中阳极的膨胀是一个问题。因此，纯硅氧烷阳极不实用，通常只有 3-5% 的硅被添加到硅基阳极中以实现良好的循环寿命。
使用纳米结构的钛酸锂作为阳极添加剂显示出良好的循环寿命、良好的负载能力、优异的低温性能和优越的安全性，但比能量低且成本高。
对阴极和阳极材料进行试验可以让制造商增强内在质量，但一种增强可能会损害另一种。所谓的“能量电池”优化比能量（容量）以实现长运行时间但比功率低；“ Power Cell ” 提供卓越的比功率，但容量较低。“Hybrid Cell”是一种折衷方案，两者兼而有之。
制造商可以通过添加镍代替更昂贵的钴来相对容易地获得高比能和低成本，但这会降低电池的稳定性。虽然初创公司可能会专注于高比能量和低价格以获得快速的市场认可，但安全性和耐用性不能妥协。信誉良好的制造商高度重视安全性和使用寿命。表 3 总结了锂离子电池的优点和局限性。
大多数锂离子电池采用类似的设计，包括涂在铝集电器上的金属氧化物正极（阴极）、涂在铜集电器上的由碳/石墨制成的负极（阳极）、隔膜和电解质由有机溶剂中的锂盐制成。表 3总结了锂离子电池的优点和局限性。
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| 限制 |
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