Opprinnelig ble denne klassen batterier brukt med metallisk Li som anode, men det førte dessverre til problemer med sikkerhet slik at anoden i dag består av litiummetall løst i grafitt. Dette gir et noe lavere cellepotensial, men et mye sikrere batteri.
De oppladbare Li-ionebatteriene fungerer litt forskjellig fra de andre batteriene ved at elektrolytten forblir uforandret gjennom hele prosessen. Ved utlading vil Li gå ut av grafitten, la seg oksidere ved grenseflaten til elektrolytten, hvor den passerer og går inn i katodematerialet. Katoden må derfor bestå av et materiale som kan ta opp Li i sin struktur. En rekke forskjellige materialer har vært utprøvd og dagens katodematerialer er basert på koboltforbindelser, LiCoO2. Ulempen med dette materialet er at bare halvparten av Li-atomene kan brukes. Dersom mer Li tas ut av strukturen så kollapser den og batteriet blir ubrukelig. Det er derfor viktig også her å beskytte batteriet mot overbruk. Det hjelper heller ikke at kobolt er et dyrt og et noe giftig metall.
Kjemien til et slikt batteri ved utlading er gjerne:
2LiCoO2 + 6C = 2Li0.5CoO2 + LiC6
Det er faktisk ikke mulig å bruke all Li-materialet i det gjeldende katodematerialet I dag, LiCoO2. Det koboltholdige katodematerialet ser nå ut til å kunne bli erstattet av LiFePO4 som er billigere og mer miljøvennlig, samtidig som det kan vise høyere kapasitet ved at all Li kan brukes. En ulempe er derimot at materialet leder dårlig slik at materialet må modifiseres på nanometerskala for å bli brukbart. En rekke oppladbare driller bruker denne teknologien allerede i dag.
Li-ionebatteriene gir de letteste batteriene og også den høyeste spenningen på enkeltbatterier. De viser ingen minneeffekt og har en relativt lav selvutladning. Batteriet bør helst lagres i oppladet tilstand da uopprettelig skade fort kan oppstå ved overutlading.
Da denne typen batterier er minst standardisert er det stor forskjell mellom batterier som er optimalisert for høy og lav effekt. Cellepotensialet for ett slikt batteri blir gjerne på ca. 3.6 V. Siden potensialet er så forskjellig fra andre typer batterier blir de ikke solgt i de vanlige formene som AA og AAA type batterier. Dette for å forhindre ødeleggelse av elektronisk utstyr, men også får å forhindre at en bruker feil lader til feil batteri.
Motsatt lading
Omvendt lading er et problem for nesten alle typer batterier. Ved bruk av seriekoblede batterier bør en bytte batteri før de blir helt brukt opp, bortsett fra for NiCd teknologien hvor fullstendig utlading er en fordel. Dersom ett av batteriene har mindre kapasitet til å begynne med enn de andre i en dings, vil det effektivt sett bli forsøkt ladet ut under sitt nullpunkt. Resultatet er at det utvikles hydrogengass i dette batteriet som igjen kan få batteriet til å sprekke. Derfor bør en også ikke bruke forskjellige typer batterier når de brukes i seriekobling.