鋰離子電池負極材料分為兩大類：碳材料和非碳質材料。碳材料負極進一步分類為天然石墨負極、人造石墨負極、中間相碳微球、軟炭負極、硬炭負極、碳納米管、石墨烯、碳纖維等;其他非碳負極材料重要分為硅基及其復合材料、氮化物負極、錫基材料、鈦酸鋰、合金材料等。

石墨是碳的一種，以其重量輕、容量大的特點，成為負電極材料的首選。特點：①導電性；②導熱性；③耐高溫性；④潤滑性；⑤化學穩定性；⑥可塑性；⑦抗熱震性。

鈦酸鋰：鈦酸鋰被認為是比碳更安全、壽命更長的負極材料。鈦酸鋰負極具有快速充放電、循環次數多及安全性高等優點。更高的安全性，鈦酸鋰獨特的物理性能使其具備傳統鋰離子電池所不具備的高安全特性。鈦酸鋰負極鋰離子電池壽命長，由于鈦酸鋰負極材料本身的結構穩定，并且在充放電過程中保持電極結構穩定，這使鋰離子電池的循環壽命極大地提高。

鈦酸鋰離子電池有著傳統鋰離子電池所不具備的優異高低溫性能和快速充放電功能。由于鈦酸鋰負極材料結構穩定，在低溫環境下各項電化學性能指標仍能保持常溫時的狀態

鋰金屬負極材料：金屬鋰是密度最小的堿金屬元素，作為鋰離子電池材料，其具有較低的氧化還原電位的同時又有較高的充放電比容量。

由于自身的缺點，只是被應用于特種航天和特種領域。雖然其比容量高、電位低、輸出電壓的能量密度都比較高，但是金屬鋰在充放電過程中體積的變化特別容易刺破隔膜，形成短路，有著嚴重的安全性問題

碳納米材料：具有比表面積、高導電性、化學穩定性優點，在新型鋰離子電池中具有潛在的應用。然而，碳納米材料單獨作為負極材料存在不可逆容量高、電壓滯后等缺點，與其他負極材料復合使用是目前比較實際的選擇。

硅：可與鋰形成Li4.4Si合金，理論儲鋰比容量高達4200mAh/g（超過石墨比容量的10倍）；硅的嵌鋰電位略高于石墨，在充電時難以形成鋰枝晶；硅與電解液反應活性低，不會發生有機溶劑的共嵌入現象。