离子电池是一个非常复杂的体系，包含不同种类的电极材料，每种电极材料都有不相同的性能特征。其中已经商业化的正极材料有磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元以及镍钴铝三元材料。不同的生产商使用五种正极材料时会与不同的负极材料匹配以求达到特殊的性能。有些生产商会将不同的正极材料混合使用，期望不同的材料间可以优势互补，达到提高电芯整体性能的目的。

磷酸铁锂是车用动力锂离子电池常用的正极材料。相对于其他含有有色金属的电极材料，磷酸铁锂原料资源丰富、价格也较低，适用于大规模应用。高功率能够进行快速充电以及为汽车提供较好动力，因而也适于实际应用。还有一个主要原因，磷酸铁锂被认为是"安全"的电池这样的说法并不准确，因为所有的锂离子电池都有相似的热失控过程，只是热失控能够达到的温度不同而已。但应该承认的是，在所有锂离子电池中，磷酸铁锂离子电池对过充、高温等一些滥用条件县有对较好的容忍性。但是磷酸铁锂的能量密度较低，车辆的续驶里程有限，这是磷酸铁锂离子电池在纯电动汽车领域应用中的主要不足之处。

随着电动车对电池能量密度的需求不断提高，三元正极材料逐渐获得重视。以三元材料为正极、石墨为负极的电芯，放电电压范围大约为3.6~3.8V，在目前商业化电池中能量密度相对较高，比能量达140~18Whkg，部分厂家的产品可达到200Wh/kg。钴酸锂离子电池目前主要应用于便携式电子产品，如手机、相机、笔记本电脑等。尽管钴酸锂具有较髙的能量密度和循环寿命，但热安全性较差，当温度高于130℃时电芯便发生热失控，而其余电池体系的热失控阈值温度相对要高一些。也正是因为这点，钴酸锂常见于小型消费电子产品中而很少用在大型能源应用领域，甚至一些厂商绝对禁止钴酸锂在电动汽车中使用。

以镍钴铝三元材料为正极的锂离子电池在所有锂离子电池中比能量最高，常用在移动电源方面，在电动汽车领域的应用一直颇受争议，方面因其成本较高，但更主要的问题是其安全性较低锰酸锂正极材料具有成本低、安全性好和功率高的特点，但循环寿命相对较短，尤其是高温寿命难以满足动力电池的需求，所以目前的应用比较有限。