鋰電池的性能主要取決于所用電池內部材料的結構和性能。其包括正極材料、負極材料、電解液、隔膜和導電材料等。在某種情況下，衡量鋰電池正極材料的好壞，可以通過材料的氧化還原電位高低，鋰離子在正極材料中脫嵌的能力及其電導率等來判斷。
目前，研究最多的正極材料一般都是鋰的氧化物，比如：鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰與三元材料等。
1.鈷酸鋰
鈷酸鋰是現階段商品化鋰離子電池中應用最成功、最廣泛的正極材料。其理論容量為274mAh/g，實際容量140 mAh/g左右，但也有報道實際容量已達到155 mAh/g。該材料在可逆性、放電容量、充放電效率和電壓穩定方面是比較好的。
2.鎳酸鋰
用于鋰電池正極材料的鎳酸鋰具有與鈷酸鋰類似的層狀結構，其理論容量為274，實際可達200左右。該材料的主要優點為：自放電率低，無污染，與多種電解質有著良好的相容性，且價格相對便宜等，但是其制備條件相對苛刻。
3.鋰錳鋰
鋰錳鋰具有尖晶石結構。其理論容量為148，實際容量為90~120，工作電壓為3~4。其主要優點為：錳資源儲量豐富、價格便宜，易制備，且錳無毒，但是該材料在電解質中會溶解，且相容性不理想。
4.磷酸鐵鋰
該材料具有橄欖石晶體結構，其理論容量為170，通過表面修飾，實際容量可高達165，已經非常接近理論容量，工作電壓范圍為3.4V左右。與以上正極材料相比，此材料具有更高的穩定性、更安全、更環保且價格低廉，但是電容量不高。
5.三元材料
三元材料是鎳鈷錳鋰復合的正極材料，其中鎳鈷錳的比例是根據實際情況進行調整的。三元材料相對于磷酸鐵鋰電池安全性更高，但是平臺太低。
綜上，鋰電池正極材料多種多樣，且有各自的優缺點。
