鋰離子動力電池是目前最有潛力的車載電池，主要由正極材料、負極材料、隔膜、電解質等部分組成。目前負極材料的研發和生產已比較成熟。正極材料、隔膜和電解質是鋰離子電池的核心材料，占據電池成本的70%;其中又以正極材料附加值最高，約占鋰電池成本的30%。這三種核心材料的技術突破，將對鋰離子動力電池的性能提升起到重要推動作用。
目前已批量應用于鋰電池的正極材料主要有鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、鈷鎳錳酸鋰(三元材料)以及磷酸鐵鋰。
鈷酸鋰：研究始于1980 年，20 世紀90 年代開始進入市場。它屬于α-NaFeO2型層狀巖鹽結構，結構比較穩定，是一種非常成熟的正極材料產品，目前占據鋰電池正極材料市場的主導地位。但由于其高昂的價格和較差的抗過充電性，使其使用壽命較短，而且鈷有放射性，不利于環保，因此發展受到限制。
鎳酸鋰：氧化鎳鋰的價格較鈷酸鋰便宜，理論能量密度達276mAh/g，但制作難度大，且安全性和穩定性不佳。技術上采用摻雜Co、Mn、Al、F 等元素來提高其性能。由于提高鎳酸鋰技術研究需考察諸多參數，工作量大，目前的進展緩慢。
錳酸鋰：錳資源豐富、價格便宜，而且安全性較高、易制備，成為鋰離子電池較為理想的正極材料。早先較常用的是尖晶石結構的LiMn2O4，工作電壓較高，但理論容量不高，與電解質的相容性不佳，材料在電解質中會緩慢溶解。近年新發展起來層狀結構的三價錳氧化物LiMn2O4，其理論容量為286mAh/g，實際容量已達200mAh/g 左右，在理論容量和實際容量上都比LiMn2O4 大幅度提高，但仍然存在充放電過程中結構不穩定，以及較高工作溫度下的溶解問題。
鈷鎳錳酸鋰：即現在常說的三元材料，它融合了鈷酸鋰和錳酸鋰的優點，在小型低功率電池和大功率動力電池上都有應用。但該種電池的材料之一——鈷是一種貴金屬，價格波動大，對鈷酸鋰的價格影響較大。鈷處于價格高位時，三元材料價格較鈷酸鋰低，具有較強的市場競爭力;但鈷處于價格低位時，三元材料相較于鈷酸鋰的優勢就大大減小。隨著性能更加優異的磷酸鐵鋰的技術開發，三元材料大多被認為是磷酸鐵鋰未大規模生產前的過渡材料。
磷酸鐵鋰：在所有的正極材料中，LiFePO4 正極材料做成的鋰離子電池在理論上是最便宜的。它的另一個特點是對環境無污染。此外，它在大電流放電率放電(5～10C 放電)、放電電壓平穩性、安全性、壽命長等方面都比其它幾類材料好，是最被看好的電流輸出動力電池。目前A123 公司已能將磷酸鐵鋰正極材料制造成均勻的納米級超小顆粒，使顆粒和總表面積劇增，進一步體高了磷酸鐵鋰電池的放電功率和穩定性。
