锂离子电池是通过离子在正负电极之间的迁移来实现工作的。理论上，在这种机理下，锂离子电池是可以一直工作下去的。但是，随时间的延长，由于充放电循环伴随着温度的升高和电池老化的原因，电池性能下降。制造商采取比较保守的估计，认为大多数商业化的锂离子电池循环寿命在300到500次循环之间。
不过通过循环次数来评定电池的寿命是没有实际意义的，因为放电过程中可能存在深度放电，并且没有清晰的标准来表征循环次数的概念。除了用循环计数表征外，一些设备制造商建议使用日期戳来标明更换电池的时间，但这种方法忽略了使用时的环境条件，也是不可靠的。一个电池可能因过载使用或者温度条件的不适应而导致在使用期限内报废，但是大多数电池组的使用寿命却远远超过了规定时间。
电池的性能是由电池容量来表征的，这也是一项重要的电池安全指标。电池内阻与自放电会影响电池容量，但是这种影响对于判定新型的锂离子电池最终的寿命而言，却微乎其微。
图1显示了11个锂聚合物电池在Cadex实验室循环测试时的容量衰减情况。这种手机使用的是1500mAh的袋状电池，首先在1C的倍率下充电到4.2V，然后在0.05C的倍率下充电完全。随后，将电池在1C的倍率下放电至3.0V，并且重复该循环。在超过250圈的循环次数下锂离子电池预期的容量衰减与测试得到的容量衰减相吻合。
图1：电池部分循环后的容量衰减
11个新的锂离子电池的循环测试由Cadex C7400电池分析设备完成。所有的电池组首次放电的容量占初始容量的88-94%，经过250次循环后，衰减到了73-84%。并且，这些1500mAh的电池组均被用于手机。（数据由Cadex提供）
尽管说电池在工作的第一年应该释放100%的容量，但是通常情况下会低于给定的容量，而电池闲置不使用也会造成容量的衰减。而且制造商也往往会过高标定他们的电池容量，因为他们知道只有极个别的消费者会去投诉。此外，手机或者平板电脑大多只需要使用单个电池，而不需要多个电池组，这也为电池性能提供了更宽的可接受范围，而性能较差的一些电池也因此被忽略了。
和过载使用的机械设备一样，深度放电也会造成电池循环次数的降低。因此，缩短放电时间有利于电池寿命的延长。此外，我们应尽可能地避免完全放电或者给电池频繁充电，不完全放电对锂离子电池是有益的。锂离子电池没有记忆效应，不需要周期性地完全放电循环来延长电池寿命。但是也有例外，譬如燃油表或者智能设备需定期校正。
表2对比了锂离子电池在不同程度下充放电循环至容量衰减为70%所需要的周次，其他的变量，如充电电压、温度、负载电流为默认设置。
受热或高充电电压下也会使锂离子电池承受更大的负担，30℃（86°F）对于大多数锂离子电池来说已经算是较高温度了，4.10V/电池以上的电压为高电压。将充满电的电池暴露在高温下较长时间比电池循环次数增加对锂离子的压力还要大。表3表示了容量损失与温度的函数关系。
大多数的锂离子充电到4.20V，每当充电的截止电压降低0.1V时，电池的循环寿命将会扩大一倍。例如，锂离子电池充电到4.2V时，通常可以循环300–500次；如果充电截止电压设为4.10V，寿命可延长至600–1000次循环；设置为4.00V充电制度下可以实现1200–2000次循环；对于3.90V，可以达到2400–4000次循环。
然而，较低的充电电压往往会降低电池的容量。通常情况下，充电截止电压每降低70mV，电池总的容量将会降低10%，而再升高到截止电压时，则又会得到100%的容量。
对于循环寿命来说，锂离子电池的最佳充电电压为3.92V。电池专家们相信这个临界值消除了所有与电压相关的不利影响，当低于该值时，可能会给电池带来其他的不利影响。表4总结了不同充电水平下的电池容量状况，所有数值均是估值。
手机、笔记本、平板电脑以及数码相机使用的锂离子电池充电器充电电压均设为4.2V，这也将会提供最大的容量，因为毕竟最长的使用时间是消费者们的首选。另一方面，对于工厂而言，他们首要考虑的是电池寿命，因而往往会选择较低的电压阈值。譬如，卫星和电动汽车，电池寿命的重要性要高于容量。
出于安全因素的考虑，许多锂离子电池充电电压并不能超过4.2V（高能量密度的三元材料电池是个例外，它的充电电压为4.3V）。虽然较高的电压将会大大增加电池的容量，但是高电压会缩短使用寿命，并且降低安全性。图5显示了循环次数与充电电压之间的关系，其中4.35V时，循环次数缩短了一半。
图2 循环次数与充电电压之间的关系
提高充电电压将会提高电池容量，但也会降低电池的循环寿命和安全性[摘自Choi等人（2002）]
除了在给定的条件下选择最佳的电压阈值，通常情况下，为得到较长的使用寿命，锂离子电池不应该在较高的电压上限下工作。就像剧烈运动后需要放松肌肉，电池充满电后，也需要将电池移走而使电压恢复到自然水平。尽管运行着的充电器会在电池充满后自动停止充电，但一些充电器会在终止电压下降到给定值时继续充电。
