Litiumbatterier er sekundære batterisystemer som bruker to forskjellige litium-interkalerende forbindelser som reversibelt kan sette inn og trekke ut litiumioner som positive og negative elektroder til batteriet. Under lading trekkes litiumioner ut fra krystallgitteret til det positive elektrodematerialet og settes inn i krystallgitteret til det negative elektrodematerialet etter å ha passert gjennom elektrolytten, noe som gjør den negative elektroden rik på litium og den positive elektroden fattig på litium; under utladning trekkes litiumioner ut fra krystallgitteret til det negative elektrodematerialet og passerer gjennom. Elektrolytten settes deretter inn i krystallgitteret til det positive elektrodematerialet, noe som gjør den positive elektroden rik på litium og den negative elektroden fattig på litium. På denne måten er potensialforskjellen mellom de positive og negative elektrodematerialene i forhold til metallisk litium ved innsetting og utvinning av litiumioner driftsspenningen til batteriet.
