Lithium-batterier er sekundære batterisystemer, der bruger to forskellige lithium-interkalerende forbindelser, der reversibelt kan indsætte og udvinde lithium-ioner som batteriets positive og negative elektroder. Under opladning udvindes lithiumioner fra krystalgitteret af det positive elektrodemateriale og indsættes i krystalgitteret af det negative elektrodemateriale efter at have passeret gennem elektrolytten, hvilket gør den negative elektrode rig på lithium og den positive elektrode fattig på lithium; under udladning udvindes lithiumioner fra krystalgitteret i det negative elektrodemateriale og passerer igennem. Elektrolytten indsættes derefter i krystalgitteret af det positive elektrodemateriale, hvilket gør den positive elektrode rig på lithium og den negative elektrode fattig på lithium. På denne måde er forskellen i potentiale mellem de positive og negative elektrodematerialer i forhold til metallisk lithium, når der indsættes og udvindes lithiumioner, batteriets driftsspænding.
