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从材料本身的结构来看，三元材料在相同数量的锂离子下具有更低的分子量，因此其比容量高于铁锂，电池的能量密度也更高。
三元材料的晶体结构是层状的。在充放电过程中，Li+被嵌入到MO6的层间结构中（Mn=Ni，Mn，Co）。随着镍含量的增加，脱嵌Li+增加，三元材料的理论容量和电池能量密度增加。
磷酸铁锂晶体呈现三维网状橄榄石结构，形成一维Li+传输通道，限制了Li+的扩散。同时，八面体FeO6是共顶点连接的，导致电子迁移率比三元层状结构慢100-1000倍。
三元正极中的锂离子可以在两个不同的方向上移动，这使得电池比锂铁更强大，充电和放电能力更强。
由于Ni2+（0.069nm）和Li+（0.076nm）的半径彼此接近，高温下随着三元共聚物烧结材料中镍含量的增加，Li和Ni混合的概率迅速增加，这使得Li+的脱intercalation困难，导致材料的比容量和循环财产降低，难以逆转。
此外，随着镍含量的增加，材料中Ni3+的不稳定比例增加，这倾向于与空气中的水分和二氧化碳发生反应，加剧了比容量和循环性能的损失。
相反，磷酸铁锂的P-O化学键相对稳定，只有在温度达到700-800摄氏度时才会分解。即使电池变形和损坏，氧分子也不会释放，并会发生剧烈燃烧。因此，锂铁电池具有更好的稳定性和安全性能。
三元锂电池和磷酸铁锂电池的电化学性能也因SOC曲线而不同。三元锂电池的SOC曲线与其电压水平有着相对线性的关系，而锂铁电池由于其长的充放电平台和高原期后的电压突变，其SOC曲线不能轻易通过其电压变化来确定。
三元锂电池的估计SOC在其实际值的1-2%以内，而铁锂电池的预计SOC可能在其实际价值的10%左右。车主经常想知道汽车电池在行驶时会持续多长时间（点击链接了解如何计算），由于SOC曲线的差异，三元锂电池的汽车更能计算和显示剩余续航里程，而铁锂电池车型的汽车则容易出现续航里程显示系数突然下降的情况，从而带来所有者使用体验的差异。
在相同体积下，三元锂电池总是表现出更好的能量密度，即相同体积和质量，使用三元锂蓄电池可以跑得更远。然而，在三元（镍、钴、锰（铝））材料中，镍的比例正在增加。
电池的能量密度确实进一步提高，但寿命、过热甚至安全问题再次出现。更不用说稀有金属的使用，导致三元锂电池一直承受着高昂的成本压力。
同时，铁锂材料与三元材料中更稀缺的镍、钴和锰相比，具有明显的价格和成本优势，因为其成分主要是廉价的铁和磷。
因此，三元锂电池和磷酸铁锂电池的优缺点是互补的。磷酸铁锂的优点是高安全性和低成本。理论上，磷酸铁锂电池可以承受大约三元锂电池两倍的温度，并且在分解状态下不会释放氧气，自燃风险低。
再加上更多的充电周期，且不含稀有金属钴，因此具有较大的成本优势。当然，磷酸铁锂的缺点是能量密度低、低温衰减严重、剩余功率估计误差大等。