鋰離子嵌入化合物在水溶液中的化學(xué)/電化學(xué)反應比在有機電解液中要復雜得多：要涉及到許多副反應，例如電極材料與水和氧氣的反應;電極材料嵌鋰過(guò)程中的質(zhì)子協(xié)同嵌入;氧氣和氫氣的析出;電極材料在水中的溶解。

已經(jīng)證實(shí)當相對與Li/Li+的電位高于3.3V時(shí)，電極材料在空氣中基本上是穩定的。而對于水系鉀離子電池的負極，嵌入電位通常低于3.3V。

首先我們要考慮電極材料在水溶液中的穩定性。水系電池通常是敞開(kāi)于空氣中，我們需要考慮電極材料在水和氧氣都存在的情況下的穩定性。。

若在水和氧氣都存在時(shí)，以下反應將會(huì )發(fā)生：

Li(fimtercalated)+(1/4)O2 +(1/2)H20 →Li++HO-

嵌鋰化合物于水和氧氣達到平衡時(shí)計算得到的的平衡電位V(x)= 4.27 -0.059pH(V)

在氧氣存在的情況下，沒(méi)有材料可以用來(lái)作水系鋰離子電池的負極。這是因為水系鋰離子電池負極的鋰離子嵌入電位一般相對于Li/Li+低于3.0V，而計算得到的平衡電位在PH為7時(shí)是3.85V，在PH為13時(shí)是3.5V。這表明所有負極材料的還原態(tài)理論上將會(huì )被水和氧氣氧化，而不是進(jìn)行電化學(xué)氧化反應。我們認為在氧氣存在時(shí)，適合作為水系鋰離子電池負極任何材料在放電態(tài)都會(huì )和氧氣和水反應，這是導致水系鋰離子電池容量衰減的原因。

在無(wú)氧的情況下，嵌鋰化合物將會(huì )于水發(fā)生如下反應：

Li(tintercalated)+H20→Li++OH-+(1/2)H2

嵌鋰化合物于水達到平衡時(shí)計算得到的的平衡電位是：

V(x)=3.04-0.059pH(V)

通過(guò)廣泛研究電極材料在水溶液中的穩定性，伴隨著(zhù)鋰離子嵌入的質(zhì)子嵌入，氧氣和氫氣的析出反應，和電極材料在水中的溶解性，研究人員發(fā)現：在氧氣存在的情況下，適合作為水系鋰離子電池負極任何材料在放電態(tài)都會(huì )和氧氣和水反應，這是導致水系鋰離子電池容量衰減的原因。通過(guò)密封電池除氧，調整電解液的pH值，使用炭包覆的電極材料，水系鋰離子電池可以具有非常長(cháng)的循環(huán)壽命。