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锂离子电池按照正极材料主要可以分为镍锂电池（LiNiO₂）、镍钴锂电池（LiNi_0.8Co_0.2O₂）、锰锂电池（LiMn₂O₄）、三元电池（LiNi_0.3Co_0.3Mn_0.3O₂）以及磷酸铁锂电池（LFP）。锂离子电池的负极材料多为石墨。

由于不同的正极材料有不同的特性，所以不同的锂离子电池也会在不同方面存在差距，另外正极材料的不同也直接导致锂离子电池的成本不一，同样会影响其使用范围。

锂离子电池充放电示意（图片源自pdbattery）

以LiCoO₂为例，锂离子电池在充电时发生的反应为：

正极反应：LiCoO₂==Li_(1-x)CoO₂+XLi⁺+Xe-　
　　负极反应：6C+XLi⁺+Xe- = LixC₆
　　总反应：LiCoO₂+6C = Li_(1-x)CoO₂+Li_xC₆

锂离子电池的工作原理基本上一致，正极材料的不同并不会导致电池内的反应有本质差别，电池的充放电都是锂离子（Li⁺）在电解质中运动，从而存储电能或放出电能。

锂离子电池的嵌入和脱嵌示意

不同电池都是锂离子的运动：充电时时锂离子从负极运动到正极，这个过程称为“嵌入”；在放电时，锂离子则从正极运动到负极，这个过程为“脱嵌”。