▲磷酸鐵鋰離子電池內部結構

磷酸鐵鋰離子電池內部結構可分為極板、隔板、電解液、外殼、安全閥、端子等，如上圖。左邊是橄欖石結構的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極端子連接，右邊是由碳(石墨)組成的電池負極，由銅箔與電池的負極端子連接，中間是隔膜，它把正極與負極隔開，但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過，電池的上下端之間是電池的電解質，為鋰離子運動供應運輸介質。

LiFePO4電池在充電時，外界電流從負極流向正極，導致正極中的鋰離子Li+從磷酸鐵鋰等過度金屬氧化物的晶格中脫出，經過液態電解質這一橋梁，通過隔膜向負極遷移，并嵌入碳素材料負極的層狀結構中。正極材料的體積因鋰離子的移出而發生變化，但本身的骨架結構維持不變。

LiFePO4電池在放電時，負極中的鋰離子Li+從碳素材料層間脫出，經過液態電解質這一橋梁，通過隔膜向正極遷移，并嵌入正極材料的晶格中，相應地電流從正極經外界負載流向負極。