Η άνοδος μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου αποτελείται συνήθως από δραστικές ενώσεις λιθίου, ενώ η κάθοδος είναι μια ειδική μοριακή δομή του άνθρακα. Το κύριο συστατικό του κοινού υλικού ανόδων είναι LiCoO2. Κατά τη διάρκεια της φόρτισης, το ηλεκτρικό δυναμικό που προστίθεται στους πόλους μπαταριών αναγκάζει τις ενώσεις ανόδων για να απελευθερώσει τα ιόντα λίθιου και να τις ενσωματώσει στον άνθρακα με τη laminar δομή που τακτοποιείται από τα μόρια καθόδων. Όταν απορρίπτονται, τα ιόντα λιθίου τραβιούνται από τον άνθρακα lamellar και επανασυνδέονται με τη θετική ένωση. Η κίνηση των ιόντων λιθίου δημιουργεί μπαταρίες λιθίου μεγάλης χωρητικότητας.
Αν και η αρχή της χημικής αντίδρασης είναι πολύ απλή, ωστόσο, στην πραγματική βιομηχανική παραγωγή, υπάρχουν πολλά πιο πρακτικά προβλήματα που πρέπει να ληφθούν υπόψη: το θετικό υλικό ηλεκτροδίων χρειάζεται πρόσθετα για να διατηρήσει τη δραστηριότητα της πολλαπλής φόρτισης, και το αρνητικό υλικό ηλεκτροδίων πρέπει να σχεδιαστεί σε επίπεδο μοριακής δομής για να φιλοξενήσει περισσότερα ιόντα λιθίου· Εκτός από τη διατήρηση της σταθερότητας, ο ηλεκτρολύτης που γεμίζουν μεταξύ θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων πρέπει να έχει καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα για να μειώσει την εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας.
Αν και οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν λίγες από τις επιδράσεις μνήμης των μπαταριών νικελίου-καδμίου, οι οποίες λειτουργούν με κρυστάλλωση, σπάνια παράγουν μια τέτοια αντίδραση σε μπαταρίες ιόντων λιθίου. Ωστόσο, η χωρητικότητα των μπαταριών ιόντων λιθίου θα εξακολουθεί να μειώνεται μετά από πολλαπλή φόρτιση και αποφόρτιση. Οι λόγοι είναι πολύπλοκοι και ποικίλοι. Είναι κυρίως η αλλαγή της ανόδου και των υλικών καθόδων οι ίδιοι. Από το μοριακό επίπεδο, η δομή της κοιλότητας που περιέχει ιόντα λιθίου στην άνοδο και την κάθοδο θα καταρρεύσει σταδιακά και θα μπλοκαριστεί. Από χημική άποψη, είναι η ενεργός παθητικοποίηση των υλικών ανόδου και καθόδου, η οποία έχει ως αποτέλεσμα πλευρικές αντιδράσεις και παράγει σταθερές άλλες ενώσεις. Στη φυσική, θα υπάρξει επίσης σταδιακή απολέπιση του θετικού υλικού ηλεκτροδίων, το οποίο μειώνει τελικά τον αριθμό των ιόντων λιθίου στην μπαταρία που μπορούν να κινηθούν ελεύθερα κατά τη φόρτιση και την απαλλαγή.
