Bateria składa się z dwóch elektrod, katody i anody. Oba oddzielają elektrolit.
Podczas rozładowywania anoda emituje elektrony, które przemieszczają się przez obwód zewnętrzny do katody wówczas przepływa prąd. W ramach kompensacji dodatnie jony litu migrują z anody do elektrolitu i przepływają do katody, gdzie są przechowywane. Podczas ładowania napięcie jest przykładane z zewnątrz, co z kolei powoduje nadwyżkę elektronów na anodzie. Jony litu migrują teraz z katody do anody i osadzają się na anodzie. W pewnych warunkach może dojść do zapłonu akumulatora litowo-jonowego. Metal litowy, najlżejszy spośród pierwiastków stałych w temperaturze pokojowej, jest bardzo reaktywny i łatwopalny. Jeżeli akumulatory litowo-jonowe są zbyt ciepłe, są podatne na niekontrolowany wzrost temperatury. Oznacza to, że stają się cieplejsze bez ciepła z zewnątrz. Temperatura graniczna wynosi od 150 do 250 stopni, w zależności od rodzaju baterii. Jeśli zostanie przekroczona, lit reaguje z innymi składnikami ogniwa wielokrotnego ładowania, przez co ciepło jest generowane ponownie. Od 300 stopni ciekły elektrolit zaczyna się palić. W celu ochrony akumulator wymaga stałego monitorowania temperatury. Automatycznie go wyłącza, gdy przekracza temperaturę roboczą około 60 stopni. Żywotność baterii mierzy się w cyklach ładowania.
Cykl ładowania jest taki sam, jak całkowite naładowanie całej pojemności akumulatora. Jeśli akumulator samochodowy zostanie naładowany czterokrotnie, od 75 do 100 procent, spowoduje to czterokrotne naładowanie 25 procent, czyli pełny cykl ładowania. Producenci zwykle podają cykl życia od 500 do 1000 cykli ładowania w ciągu ośmiu do dziesięciu lat, w zależności od modelu. Ale nawet po 1000 cyklach akumulatory litowo jonowe można nadal ładować do około 80 procent swojej pierwotnej pojemności. Powolne ładowanie i żywotność baterii od 20 do 80 procent przedłużają żywotność. W celu dalszego zwiększenia gęstości energii i żywotności baterii poszukuje się alternatyw dla konwencjonalnej baterii litowo-jonowej. Na przykład użycie siarki na katodzie powinno pozwolić na wyższą gęstość energii, przy krzemie anody może stanowić alternatywę dla grafitu.
