正極材料在鋰離子電池的總成本中占據40%以上的比例。鋰離子電池正極材料是含有鋰的過度金屬氧化物，屬于一類功能陶瓷材料。關于用于鋰離子電池的材料來說，鋰離子必須能夠在晶體中自由的擴散，晶體結構決定了鋰離子的移動維數。目前正在使用和開發的鋰離子電池正極材料中，以過渡金屬氧化物所表現出的性能最佳，重要有：層狀鹽結構的鈷酸鋰、鎳鈷酸鋰、鎳錳酸鋰和鎳錳鈷酸鋰三元材料，尖晶石型的錳酸鋰，橄欖石型的磷酸鐵鋰等鋰錳氧化物。

正極材料一直是鋰離子電池核心，它的選擇直接決定了電池性能的高低。正極材料的選擇重要是，可逆脫鋰和嵌鋰的過渡金屬氧化物，是鋰離子電池的重要成分之一。鋰離子正極材料重要以氧化物為主，目前研制成功并得到應用的正極材料重要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料鎳鈷錳酸鋰(NCM)和鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等。

鋰離子電池負極材料的發展是高比容量、高充放電效率、高循環性能和較低成本。鋰離子電池重要負極材料有錫基材料、鋰基材料、鈦酸鋰、碳納米材料、石墨烯材料等。鋰離子電池負極材料的能量密度是影響鋰離子電池能量密度的重要因素之一。

高性能負極材料的研究成為當前鋰離子動力鋰電池最為活躍的板塊之一。鋰離子電池負極材料目前處于鋰離子電池產業中最關鍵的環節。按鋰離子電池成本比例，負極材料占比鋰離子電池總成本的25%～28%。現階段，鋰離子電池負極材料重要有碳材料、過渡金屬的氧化物、合金材料、硅材料及其他含硅材料，含鋰的過渡金屬的氮化物以及鈦酸鋰材料。各種材料的比容量和性質又各不相同。

按照材料的組分，通常可以將鋰離子電池負極材料分為2大類：碳材料和非碳質材料。碳材料負極進一步分類為天然石墨負極、人造石墨負極、中間相碳微球(MCMB)、軟炭(如焦炭)負極、硬炭負極、碳納米管、石墨烯、碳纖維等;其他非碳負極材料重要分為硅基及其復合材料、氮化物負極、錫基材料、鈦酸鋰、合金材料等。