钛酸锂离子电池由正、负极板（正极活性物质为三元锂，负极为钛酸锂）、隔阂、电解质、极耳、不锈钢（铝合金）外壳等组成。正负极板是电化学反响的区域，隔阂、电解质供给Li+的传输通道，极耳起到引导电流的效果。
电池充电时，Li+从三元锂资猜中迁移到晶体外表，从正极板资猜中脱出，在电场力的效果下，进入电解液，穿过隔阂，再经电解液迁移到负极钛酸锂晶体的外表，然后嵌入负极钛酸锂尖晶石结构资猜中。与此一起，电子流经过正极的铝箔，经极耳、电池极柱、负载、负极极柱、负极耳流向负极的铝箔电极，再经导电体流到钛酸锂负极，使电荷达至平衡。
电池放电时，Li+从钛酸锂尖晶石结构资猜中脱嵌，进入电解液，穿过隔阂，再经电解质迁移到三元锂晶体的外表，然后从头嵌入到三元锂资猜中。与此一起，电子经导电体流向负极的铝箔电极，经极耳、电池负极柱、负载、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔电极，然后再经导电体流到三元锂正极，使电荷达至平衡。
由此可见，钛酸锂离子电池基本原理，就是在充、放电的进程中，对应的锂离子在正负极之间来回的嵌脱，完成电池的充放电和向负载的供电。钛酸锂离子电池的充放电示意图如图所示。
电池充电时，正极失去电子，锂离子脱出，嵌入到负极中;负极嵌入锂离子的一起得到电子成为富锂态。放电时的进程正好相反。在Li+嵌入或脱嵌的反响进程中，钛酸锂（Li4TI5O12）是一种抱负的嵌入型电极资料，Li+刺进和脱嵌对资料结构几乎没有影响，因而被称作零应变资料，然后确保了其杰出的循环功能。
钛酸锂存在两种不同相的分子结构Li7TI5O12与Li4TI5O12。发生Li7TI5O12的晶体结构与Li4Ti5O12的晶体结构均为尖晶石结构，且晶格常数改变很小，一起体积改变也很小。可以防止充放电循环中电极资料的来回伸缩而导致结构的损坏，然后进步电极的循环功能和运用寿数，减少了随循环次数的添加而带来容量的衰减，使钛酸锂具有优秀的循环功能。
