鋰離子電池作為一種電化學(xué)儲(chǔ)能裝置，本質(zhì)上是電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的過程。以商用鋰鈷氧化物（LiCoO2）/中相碳微球石墨（MCMB）電池為例。在電池的充電過程中，從外部施加的電壓差導(dǎo)致Li+從正極材料中脫落，并且電解質(zhì)穿透隔膜以插入電池中。在負(fù)極材料中；同時(shí)，電子通過外部電路從正極流向負(fù)極。

在此期間，當(dāng)從正極提取鋰離子時(shí)，負(fù)極的電化學(xué)電勢(shì)（對(duì)于Li/Li﹢) 隨著Li的插入，負(fù)極的電化學(xué)電勢(shì)增加， 從而在正極和負(fù)極之間產(chǎn)生電化學(xué)電勢(shì)差，電池電壓持續(xù)增加到充電截止電壓（當(dāng)正極LiCoO2材料達(dá)到4.2V vs.C時(shí)）。

當(dāng)外部負(fù)載施加到電池以放電時(shí)，由于電極之間的電化學(xué)電勢(shì)差，Li﹢ 從負(fù)電極擴(kuò)散到正電極并且電子通過外部負(fù)載從負(fù)電極流到正電極。在這個(gè)過程中，電池電壓和電極電勢(shì)隨著電池放電而變化，當(dāng)Li﹢ 正極的電化學(xué)電勢(shì)相對(duì)于Li/Li﹢ 隨著Li的釋放，負(fù)極的電化學(xué)電勢(shì)降低, 導(dǎo)致電池電壓持續(xù)降低，直到電壓（正極LiCoO2材料達(dá)到3.0V vs.C）結(jié)束時(shí)，停止放電。

總之，鋰離子電池的充放電過程是通過鋰離子在正負(fù)電極之間的穿梭來實(shí)現(xiàn)的，因此鋰離子電池也被稱為“搖椅電池”。以鋰離子電池系統(tǒng)的正極材料LiCoO2和負(fù)極材料石墨為例，示出了電池材料在充電和放電期間的反應(yīng)。充電時(shí)，LI﹢ 從LiCoO2材料釋放并釋放電子。Co3﹢ 被氧化成Co4﹢ , 當(dāng)Li﹢ 插入其層之間。

因此，在充電過程中，正極處于貧鋰狀態(tài)，負(fù)極石墨處于富鋰狀態(tài)。相應(yīng)地，在放電期間，LI﹢ 從石墨層釋放并嵌入正極材料中，而正極材料獲得電子，Co﹢ 還原為Co3﹢, 正極變?yōu)楦讳嚑顟B(tài)并且石墨負(fù)極返回到貧鋰狀態(tài)。正電極和負(fù)電極在充電和放電過程中的反應(yīng)方程式如下；

正極反應(yīng)：LiCoO2? Li1-xCoO2＋xLi﹢ ＋ xe

負(fù)極反應(yīng)：Cn+xLi﹢ + xe? LixCn

電池總反應(yīng)：LiCoO2＋Cn? Li1-xCoO2＋LixCn

在鋰離子電池系統(tǒng)中，鋰離子在正極和負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移本質(zhì)上是濃度差擴(kuò)散。理論上，LI﹢的插入和抽出 不會(huì)對(duì)電極材料的晶體結(jié)構(gòu)造成損壞。從這個(gè)意義上講，從上述觀點(diǎn)來看，鋰離子電池反應(yīng)可以被視為一種理想的可逆反應(yīng)。