薄膜負極材料主要分為鋰金屬及金屬化合物，氮化物和氧化物。
金屬鋰是最具代表性的薄膜負極材料。其理論比容量高達3600mAh/g，金屬鋰非常活潑，其熔點只有 180 ℃，非常容易與水和氧發生反應，電池制造工藝中很多溫度較高的焊接方式都不能直接應用在鋰金屬負極電芯的生產中。
鋰合金材料不但具有較高的理論比容量，還可以降低鋰的電化學活性。常見的鋰金屬化合物有LixSi、LixAl、LixPb等。但鋰化合物在充放電過程中，體積變化明顯，容易造成晶格結構的崩塌。
氮化物負極材料可以分為鋰金屬氮化物，鋰過渡金屬氮化物和非金屬氮化物。鋰金屬氮化物可逆容量高，嵌鋰平臺低，主要種類有CrN、Cu3N、Ge3N4等。鋰過渡金屬氮化物有 Li3-x CoxN、Li3FeN2等；非鋰金屬氮化物有Si N,VN等。氮化物做負極的主要特點是高的離子電導率和可逆容量。
氧化物負極材料可以分為金屬氧化物和金屬基復合氧化物。金屬氧化物負極有 TiO2、Al2O3、In2O3、SiOx等；金屬基復合物氧化物有Li4Ti5O12、LixMoO2、LixWO2、LiNiVO4、Sn AlxOy等；SiOx 和 SnAlxOy 等容量雖然高，但衰減也比較明顯。LixMoO2 循環性好，但容量比較低。具有尖晶石結構的Li4Ti5O12 被稱為“零應材料”，是穩定性極好的一種負極材料。