锂离子电池正极材料是含锂的过渡金属氧化物、磷化物如LiCoO2、LiFePO4等，导电聚合物如聚乙炔、聚苯、聚吡咯、聚噻吩、活性聚硫化合物等。
嵌锂化合物正极材料是锂离子电池的重要组成部分。正极材料在锂离子电池中占有较大比例(正负极材料的质量比例为3:1～4:1)，因此正极材料的性能将很大程度地影响电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。
1、LiCoO2正极材料
LiCoO2具有三种物相，即a-NaFeO2型层状结构的LiCoO2、尖晶石结构的LT-LiCoO2和岩盐相LiCoO2。层状LiCoO2氧原子采用畸变立方密堆积序列，钴和锂分别占据立方密堆积中的八面体(3a)和(3b)位置；尖晶石结构的LiCoO2中氧原子为理想立方密堆积排列，锂层中含有25%的的钴原子，钴层中含有25%锂原子；岩盐相晶格中Li+和Co3+随机排列，无法清晰地分辨出锂层和钴层。
目前在锂离子电池中应用较多的是层状结构的LiCoO2，其具有工作电压高、充放电电压平稳，适合大电流充放电，比能量高、循环性能好等优点，
2、LiNiO2正极材料
理想LiNiO2晶体具有与LiCoO2类似的a-NaFeO2型层状结构。LiNiO2的理论容量为275mAh/g，实际容量已达190-210 mAh/g。与LiCoO2相比，LiNiO2具有价格和储量上的优势。
LiNiO2存在的合成困难、结构相变和热稳定性差等缺点，其根源都与LiNiO2的内在结构有关。对LiNiO2进行元素掺杂以改善其结构，是提高LiNiO2比容量、改善循环性能以及稳定性的有效手段。
3、Li-Mn-O系正极材料
由于锰资源丰富、价格低廉、无毒无污染，被视为最具发展潜力的锂离子电池正极材料。Li-Mn-O系正极材料存在尖晶石型LiMn2O4和层状LiMnO2两种类型。
尖晶石型LiMn2O4具有安全性好、易合成等优点，是目前研究较多的锂离子电池正极材料之一。但LiMn2O4存在John-Teller效应，在充放电过程中易发生结构畸变，造成容量迅速衰减，特别是在较高温度的使用条件下，容量衰减更加突出。
4、LiFePO4正极材料
LiFePO4正极材料是一类新型的锂离子电池用正极材料。由于铁资源丰富、价格低廉并且无毒，因此LiFePO4是一种具有良好发展前景的锂离子电池正极材料。
LiFePO4属于橄榄石型结构，空间群为Pnmb。此结构中Fe3+/Fe2+相对于金属锂的电压为3.4V，理论比容量170mAh/g，并且LiFePO4被氧化为FePO4-时，即充电过程中体积减小，可以弥补碳负极体积的膨胀，有助于提高锂离子电池体积利用率。但LiFePO4材料的电阻率较大，电极材料利用率低，因此研究工作主要集中在解决其电导率问题上。
5、导电高聚物正极材料
锂离子电池中，除了可以用金属氧化物作为其正极材料外，导电聚合物也可以用作锂离子电池正极材料。
目前研究的锂离子电池聚合物正极材料有：聚乙炔、聚苯、聚吡咯、聚噻吩等，它们通过阴离子的搀杂、脱搀杂而实现电化学过程。但这些导电聚合物的体积容量密度一般较低，另外反应体系中要求电解液体积大，因此难以获得高能量密度。