二十世紀七十年代初，鋰離子電池的研究工作由于能源危機得到了促進，以Li或Li-Al合金作為負極材料，包括Li/MnO2、Li/I2、Li/SOCl2、Li/FeS2等的鋰原電池相繼出現(xiàn)。1970年日本松下(Panasonic)公司在美國獲得Li/(CF)n電池的專利，放電過程中(CF)n被鋰化生成C和LiF，而該反應不具有可逆性，所以當時的鋰原電池就是一次性電池。1977年，全球最大的鋰離子電池制造商日本三洋(Sanyo)公司設計了Li/MnO2電池，當即應用在該公司生產(chǎn)的由太陽提供能量的可以充電的電子計算器上。在起初的研宄中，美國的通用汽車(GM)和阿貢國家實驗室(ANL)將注意力放在以溶融鹽作為電解質的鋰離子電池體系中，這種溶融鹽電解液電池的正負極的原料是溶融狀態(tài)的鋰和硫，電解質用LiCl、KCl等混合鋰鹽熔體，這種溶融鹽電解液電池工作時需要45℃的高溫。但是，這類電池無法抑制在使用中對環(huán)境的破壞，而且容量很快衰減。在接下來的研究中，研究人員放棄了鋰和硫，改用鋰鋁合金(LiAl)和鐵的硫化物(FeS和FeS2)，此舉雖然改善了循環(huán)性能，但由于有機電解液鋰離子電池的發(fā)展迅猛，1990年前后高溫溶融鹽鋰離子電池的研究工作基本終止。

真正意義上的鋰離子電池最早是1976年由Exxon公司的Whittingham提出來的，所謂鋰離子電池是指電池內(nèi)部己經(jīng)沒有單質鋰的存在，鋰的來源由鋰離子的化合物提供。Whittingham發(fā)現(xiàn)在室溫下，層狀的TiS2可以與金屬鋰產(chǎn)生電化學反應，并且首次把能量存儲和插入反應有機結合在一起。Li/TiS2電池的工作電壓約為2V，循環(huán)性能非常優(yōu)越，1000個循環(huán)內(nèi)，容量衰減僅為0。05%/次。Exxon公司采用LiAl合金代替金屬鋰作為鋰離子電池的負極后于1977年推向市場，用于手表和小型電子設備。此后，以VSe2、MoO3、CuTi2S4、V2O5、V6O3、LiV3O8為代表的可以與鋰發(fā)生可逆脫嵌反應的化合物相繼出現(xiàn)。1980年加拿大MoliEnergy公司將1mol的MoS2中通過化學法插入1mol的鋰形成LiMoS2用以改善MoS2的電化學循環(huán)性能，并且將其產(chǎn)業(yè)化。這也最接近現(xiàn)代鋰離子電池的雛形。

二十世紀八十年代年后，鋰離子電池的研究取得了突破性的進展：1980年，Goodenough課題組制成了LiCoO2正極材料；1981年，貝爾實驗室將石墨用于鋰離子電池的負極材料中；1983年，Goodenough課題組制成正極材料LiMn2O4；1989年，Manthiram和Goodenough報道了聚陰離子(如SO42-)的誘導效應能夠改善金屬氧化物的工作電壓；1990年，Sony公司的商品化鋰離子二次電池(C/LiCoO2)成為真正意義上的鋰離子電池。實現(xiàn)了以石墨化碳材料為負極的鋰二次電池，其組成為：鋰與過渡金屬復合氧化物/電解質/石墨化碳材料。1994年，Tarascon和Guyomard制成了基于碳酸乙稀酯和碳酸二甲酯的電解液體系；1997年，Goodenough報道了一種正極材料LiFePO4。到此，鋰離子電池已完全成型。

由于金屬鋰與石墨化的碳材料和鋰相互插入的化合物LiC6的電位差只有不到0。3V，所以可充電的鋰離子電池的負極材料可以不用金屬鋰。在二次鋰離子電池充電的過程中，鋰首先進入到石墨中。石墨里面是在層狀結構中間的層間空隙中來存鋰的，接下來的放電過程，是由層間來脫嵌，這種方式具有很好的可逆性，所以這種方式的可充電的鋰離子電池循環(huán)性能得到了很好的改善。除此之外，碳材料價格低廉，無毒，在空氣中放電狀態(tài)比較穩(wěn)定，不但可以不使用性能活拔的金屬鋰，而且可以防止鋰晶枝的產(chǎn)生，使用的年限有了很大的改進，直接的從根本上改進了鋰離子電池在安全性方面的問題。