锂离子电池是采用可嵌入锂的材料作负极，含锂的化合物作正极，聚丙烯/聚乙烯多孔膜作隔离层，锂盐溶于剂作电解液的锂二次电池。锂化合物正极活性材料、碳黑等材料与粘接剂混和制浆，涂覆在集流体铝箔上，经烘干、辊压制成正极片；石墨等碳负极材料涂覆在铜箔上，采用与正极相同的方法制成负极片；正、负极片之间插入微孔聚丙烯等薄隔膜作为隔离层，卷绕或叠片成圆柱形或矩形，装入电池壳，经焊接引出电池正负极，再加入电解质溶液，化成、封口，即成为单体电池。
锂离子动力电池单体的形状有圆柱、矩形金属壳(铝/钢)和矩形软包散装，圆柱电池包括主要用于笔记本电脑的现在特斯拉汽车公司选用的18650圆柱电池和直径及长度更大的圆柱电池，电芯通过卷绕方式制作。矩形电池一般容量较大，电芯通过卷绕、Z形叠片、卷绕+叠片、正极包膜叠片、叠片+卷绕等方式制作。软包电池电芯的制作方式与矩形金属壳电池相同。
圆柱型电芯技术最成熟，制造成本较低，但大型圆柱电池的散热能力较差，故一般选用小圆柱电池。车用电池组容量大，电池数量多，管理系统较为复杂和昂贵。矩形电池中卷绕结构电池制作工艺较简单，但主要适合于软极片电池，采用磷酸铁锂和三元材料的电池均可用此方法。但尖晶石正极材料电池因极片硬而不能采用此方式制作。叠片式电池适应于各种材料体系，可靠性高，寿命比同型号卷绕电池长，通用Volt插电式混合动力汽车和日产Leaf纯电动汽车的电池均采用叠片工艺制造。电动袋式叠片电池结构见图8。叠片工艺制造的电池过程复杂一些，但寿命比用相同材料体系扁形卷绕的电池长
μA和μC的差为锂离子电池的开路电压（高电压值），当这个电压值在Eg区间内，就能够保证电解液正常工作。“正常工作”的意思是：锂离子电池通过电解液在正负极间来回运动，但不会与电解液发生氧化还原反应，从而保证电池结构的稳定性。而正负极材料的电化学势造成电解液工作非正常有两种形式：
1、当负极的电化学势高于电解液低电子未占有能级时，负极的电子会被电解液夺取，因而电解液被氧化，反应产物在负极材料颗粒表面形成“固液界面层”，从而导致负极可能遭到破坏。
2、当正极的电化学势低于电解液高电子占有能级时，电解液中的电子会被正极夺取，从而被电解液氧化，反应产物在正极材料颗粒表面形成“固液界面层”，从而导致正极可能遭到破坏。
但是，这种正极或者负极遭到破坏的可能性却因为“固液界面层”的存在而阻止了电子在电解液和正负极间的进一步运动，反而保护了电极材料，这就是说，程度较轻的“固液界面层”是“保护性”的。这种保护性的前提是：正负极电化学势可以略微超过Eg区间，但不能超出太多。比如，现在的锂离子电池负极材料之所以大多选用石墨，就是因为石墨相对于Li/Li+电极的电化学势约为0.2V，略微超出了Eg区间（1V~4.5V），但因为有“保护性”的“固液界面层”，使得电解液不被进一步还原，从而停止了极化反应的继续发展。但是，5V高电压正极材料超出了现在商用有机电解液的Eg区间太多，因而在充放电过程中极易被氧化，随着充放电次数的增加，容量下降，寿命减少。
现在明白了锂离子电池的开路电压之所以选择为4.2V，是因为现有商用锂电池电解液Eg区间为1V~4.5V，如果开路电压设定为4.5V或许可以提高锂电池输出的电能，但也加大了电池过充的风险，而过充的危害有相当多的资料已经说明，这里就不再多说了。
根据上述原理，人们要想通过提高电压值来提升锂电池的能量密度，只有两条道路可寻，一是找到可与高电压值正极材料匹配的电解液，二是对电池进行保护性的表面改性。
在所有元素中，锂具有最负的标准电极电位(－3.045V vs. SHE，即相对于标准氢电极为－3.045V)，且锂原子得失1mol电子所需的质量最轻(原子量为6.94g/mol，密度为0.53g/cm3)。锂的理论比容量可达到3860Ah/kg，而锌和铅分别只有820Ah/kg和260Ah/kg。因此，以锂作为负极的电池具有电压高和理论能量密度高等特点。锂电池的研究历史可以追溯到20世纪50年代，一次锂电池于70年代进入实用化，包括Li/MnO2电池、Li/SO2电池、Li/SOCl2电池和Li/(CF)n电池等。为了实现能源的可持续性，人们开始研究锂二次电池。
Stanford大学团队于1970年代研究嵌入化学反应，采用TiS2作为正极，以锂作为负极，制成了嵌入式正极材料锂二次电池[2]，由于锂的枝晶问题影响电池安全，以加拿大Moli公司1990年电池产品发生安全事故为标志，以锂为负极的二次电池技术研究进入低潮，之后即进入锂离子电池时代。Armand等于1977年报道了锂石墨插层化合物等[3]，至1980年基本形成了嵌入化合物作为锂离子电池电极的概念[4]，同年，Good enough等合成出层状嵌入化合物LiMO2(M=Co，Ni，Mn)，并且发现其中的锂离子可逆的脱嵌和嵌入[5]，钴酸锂成为锂离子电池的第一代正极材料。1990年，日本公司开发出个商业化的锂离子电池[6]，全球开始兴起了锂离子电池研究的热潮。
锂离子电池工作原理见图5。电池负极一般是碳素材料，正极是含锂的过渡氧化物LiCoO2或LiMn2O4，LiFePO4等，电解质是锂盐的有机溶液或聚合物。充电时，正极中的锂离子脱离LiCoO2或LiMn2O4晶体，经过电解质嵌入碳材料负极；放电时则相反。用LiCoO2作正极活性物质的锂离子电池反应为：
放电时：Li1－xCoO2＋LixC6→LiCoO2＋6C；
充电时：LiCoO2＋6C→Li1－xCoO2＋LixC6。
锂离子电池具有工作电压高、重量轻、体积小、无记忆效应、自放电率低、循环寿命长等优点，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、PDA等移动终端产品。纯电动汽车动力电池的容量决定了车辆的续航能力，大电流放电能力决定车辆加速能力，因此，高比能量和大功率锂离子电池成为选的电动汽车电池
