鈷酸鋰（LiCoO2）

其高比能量使鈷酸鋰成為手機，筆記本電腦和數碼相機的熱門選擇。電池由氧化鈷陰極和石墨碳陽極組成。陰極具有分層結構，在放電期間，鋰離子從陽極移動到陰極，充電過程則流動方向相反。

陰極具有分層結構。在放電期間，鋰離子從陽極移動到陰極;充電時流量從陰極流向陽極。鈷酸鋰的缺點是壽命相對較短，熱穩定性低和負載能力有限（比功率）。像其他鈷混合鋰離子電池相同，鈷酸鋰采用石墨陽極，其循環壽命重要受到固體電解質界面（SEI）的限制，重要表現在SEI膜的逐漸增厚，和快速充電或者低溫充電過程的陽極鍍鋰問題。較新的材料體系新增了鎳，錳或鋁以提高壽命，負載能力和降低成本。

錳酸鋰（LiMn2O4）

尖晶石錳酸鋰離子電池首次發表于1983年的材料研究報告中。1996年，Moli能源公司將錳酸鋰為陰極材料的鋰離子電池商業化。該架構形成三維尖晶石結構，可改善電極上的離子流動，從而降低內部電阻并改善電流承載能力。尖晶石的另一個優點是熱穩定性高，安全性提高，但循環和日歷壽命有限。低電池內阻可實現快速充電和大電流放電。

18650型電芯，錳酸鋰離子電池可以在20-30A的電流下放電，并具有適度的熱量積累。也可以施加高達50A1秒負載脈沖。在此電流下持續的高負荷會導致熱量積聚，電池溫度不能超過80C（176F）。錳酸鋰用于電動工具，醫療器械，以及混合動力和純電動汽車。

鎳鈷錳酸鋰（LiNiMnCoO2或NMC）

最成功的鋰離子體系之一是鎳錳鈷（NMC）的陰極組合。與錳酸鋰類似，這個體系可以定制用作能量電池或功率電池。例如，中等負載條件下的18650電池中的NMC具有約2,800mAh的容量并且可以供應4A至5A放電電流；同一類型的NMC在針對特定功率進行優化時，容量僅為2,000mAh，但可供應20A的持續放電電流。

硅基陽極將達到4000mAh以上，但負載能力降低，循環壽命縮短。添加到石墨中的硅具有缺陷，即陽極隨著充電和放電而膨脹和收縮，使得電池機械應力大結構不穩定。NMC的秘密在于鎳和錳的結合。鎳以其高比能量而聞名，但穩定性差；錳尖晶石結構可以實現低內阻但比能量低。兩種活性金屬優勢互補。

NMC是電動工具，電動自行車和其他電動動力系統的首選電池。陰極組合通常是三分之一鎳，三分之一錳和三分之一鈷，也被稱為1-1-1。這供應了一種獨特的混合物，由于鈷含量降低，也降低了原材料成本。另一個成功的組合是NCM，其中含有5份鎳，3份鈷和2份錳（5-3-2）。也可以使用其他不同量的陰極材料組合。

由于鈷的高成本，電池制造商從鈷系轉向鎳陰極。鎳基系統比鈷基電池具有更高的能量密度，更低的成本和更長的循環壽命，但是它們的電壓略低。新型電解質和添加劑可以使單只電池充電至4.4V以上，從而提高電量。

NMC具有良好的整體性能，并且在比能量方面表現出色。這種電池是電動汽車的首選，具有最低的自熱率。由于該體系經濟性和綜合性能表現均比較好，因此NMC混合鋰離子電池越來越受到重視。鎳，錳和鈷三種活性材料可輕松混合，以適應要頻繁循環的汽車和能源存儲系統（EES）的廣泛應用。NMC家族的多樣性正在上升。

磷酸鐵鋰離子電池

磷酸鐵鋰（LiFePO4）

1996年，德克薩斯大學發現磷酸鹽可作為再充電鋰離子電池的陰極材料。磷酸鋰具有良好的電化學性能和低電阻。這是通過納米級磷酸鹽陰極材料實現的。重要優點是高額定電流和長循環壽命；良好的熱穩定性，增強了安全性和對濫用的容忍度。假如長時間保持在高電壓下，磷酸鋰對全部充電條件的耐受性更強，并且比其他鋰離子系統的應力更小。缺點是，較低的3.2V電池標稱電壓使得比能量低于鈷摻雜鋰離子電池。

關于大多數電池來說，低溫會降低性能，升高儲存溫度會縮短使用壽命，磷酸鋰也不例外。磷酸鋰具有比其他鋰離子電池更高的自放電，這可能會引起老化進而帶來均衡問題，雖然可以通過選用高質量的電池或使用先進的電池管理系統來彌補，但這兩種方式都新增了電池組的成本。電池壽命對制造過程中的雜質非常敏感，不能承受水分的摻雜，由于水分雜質的存在有些電池最短壽命只有50個循環。磷酸鋰具有良好的安全性和長壽命，比能量適中，自放電能力增強。

鎳鈷鋁酸鋰（LiNiCoAlO2或稱NCA）

鎳鈷鋁酸鋰離子電池或NCA自1999年以后被應用。它具有較高的比能量，相當好的比功率和長的使用壽命與NMC有相似之處。不太討人喜歡的是安全性和成本。NCA是鋰鎳氧化物的進一步發展；加入鋁賦予電池更好的化學穩定性。高能量和功率密度以及良好的使用壽命使NCA成為EV動力系統的候選者。高成本和邊際安全性卻有負面的影響。

鈦酸鋰（Li4Ti5O12）

自二十世紀八十年代以來，鈦酸鋰陽極的電池已為人所知。鈦酸鋰代替典型鋰離子電池陽極中的石墨，并且材料形成尖晶石結構。陰極可以是錳酸鋰或NMC。鈦酸鋰的標稱電池電壓為2.40V，可以快速充電，并供應10C的高放電電流。據說循環次數高于常規鋰離子電池的循環次數。鈦酸鋰是安全的，具有出色的低溫放電特性，在-30C（-22F）時可獲得80％的容量。

LTO（通常是Li4Ti5O12）零應變，沒有SEI膜形成和在快速充電和低溫充電時無鋰電鍍現象，因而具有優于傳統的鈷摻混的Li-離子與石墨陽極的充放電性能。高溫下的熱穩定性也比其他鋰離子體系好;然而，電池價格昂貴。比能量低，只有65Wh/kg，與NiCd相當。鈦酸鋰充電至2.80V，放電結束時為1.80V。鈦酸鋰在安全性，低溫性能和壽命方面表現出色。正在努力提高比能量和降低成本。