Lithiumbatterijen zijn secundaire batterijsystemen die twee verschillende lithium-intercalerende verbindingen gebruiken die omkeerbaar lithiumionen kunnen inbrengen en extraheren als de positieve en negatieve elektroden van de batterij. Tijdens het opladen worden lithiumionen geëxtraheerd uit het kristalrooster van het positieve elektrodemateriaal en in het kristalrooster van het negatieve elektrodemateriaal ingebracht nadat ze door de elektrolyt zijn gegaan, waardoor de negatieve elektrode rijk aan lithium is en de positieve elektrode arm aan lithium; tijdens de ontlading worden lithiumionen uit het kristalrooster van het negatieve elektrodemateriaal gehaald en passeren. De elektrolyt wordt vervolgens in het kristalrooster van het positieve elektrodemateriaal ingebracht, waardoor de positieve elektrode rijk aan lithium wordt en de negatieve elektrode arm aan lithium. Op deze manier is het verschil in potentiaal tussen de positieve en negatieve elektrodematerialen ten opzichte van metallisch lithium bij het inbrengen en extraheren van lithiumionen de bedrijfsspanning van de batterij.
