หลักการพื้นฐานของแบตเตอรี่ลิเธียมคือการใช้การเคลื่อนตัวของไอออนลิเธียมระหว่างขั้วบวกและขั้วลบเพื่อแปลงพลังงานไฟฟ้า ส่วนประกอบหลักของแบตเตอรี่ลิเธียม ได้แก่ ขั้วบวก ขั้วลบ ตัวคั่น และอิเล็กโทรไลต์
- แคโทด:แคโทดเป็นวัสดุอิเล็กโทรดบวกของแบตเตอรี่ลิเธียม ซึ่งโดยปกติแล้วจะเป็นออกไซด์ของโลหะหรือฟอสเฟตที่มีลิเธียม หน้าที่ของอิเล็กโทรดบวกคือปล่อยไอออนลิเธียมในระหว่างการคายประจุ ให้อิเล็กตรอน และสร้างกระแสไฟฟ้า ในระหว่างการชาร์จ อิเล็กโทรดบวกจะดูดซับไอออนลิเธียม รับอิเล็กตรอน และคืนประจุ
- ขั้วลบ:อิเล็กโทรดลบคือวัสดุอิเล็กโทรดลบของแบตเตอรี่ลิเธียม โดยทั่วไปแล้วอิเล็กโทรดลบจะเป็นโลหะหรือวัสดุคาร์บอนที่สามารถแทรกและแยกไอออนลิเธียม เช่น Li, C, Si, Sn เป็นต้น หน้าที่ของอิเล็กโทรดลบคือฝังไอออนลิเธียมในระหว่างการคายประจุ ปล่อยอิเล็กตรอน และสร้างกระแสไฟฟ้า เพื่อกำจัดไอออนลิเธียมในระหว่างการชาร์จ รับอิเล็กตรอน และฟื้นฟูประจุ
- ตัวคั่น:แผ่นกั้นเป็นชั้นแยกของแบตเตอรี่ลิเธียม โดยทั่วไปจะเป็นฟิล์มโพลิเมอร์ที่มีโครงสร้างพรุนขนาดเล็ก เช่น โพลิโพรพิลีน โพลิเอทิลีน เป็นต้น หน้าที่ของแผ่นกั้นคือแยกขั้วบวกและขั้วลบเพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร ขณะเดียวกันก็ให้ไอออนลิเธียมผ่านเข้าไปได้เพื่อให้แน่ใจว่าอิเล็กโทรไลต์เชื่อมต่อกัน
- อิเล็กโทรไลต์:อิเล็กโทรไลต์เป็นตัวกลางในการนำไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียม ซึ่งโดยปกติแล้วจะเป็นสารละลายอินทรีย์หรือวัสดุแข็งที่มีเกลือลิเธียม เช่น LiPF6 ลิเธียมเฮกซะฟลูออโรฟอสเฟต LiClO4 ลิเธียมเปอร์คลอเรต เป็นต้น บทบาทของอิเล็กโทรไลต์คือเป็นตัวพาไอออนลิเธียมและทำให้ไอออนลิเธียมสามารถเคลื่อนที่ระหว่างขั้วบวกและขั้วลบได้