與物理法和生物法相比，利用化學法回收鋰電池的優勢為回收率更高與使用時間更短。化學法是利用化學反應過程對電池進行處理的方法，一般分為火法冶金和濕法冶金2種方法。
1.火法冶金
火法冶金，又稱焚燒法或幹法冶金，是通過高溫焚燒去除電極材料中的有機粘結劑，同時使其中的金屬及其化合物發生氧化還原反應，以冷凝的形式回收低沸點的金屬及其化合物，對爐渣中的金屬採用篩分、熱解、磁選或化學方法等進行回收。
火法冶金對原料的組分要求不高，適合大規模處理較複雜的電池，但燃燒必定會產生部分廢氣污染環境，且高溫處理對設備的要求也較高，同時還需要增加淨化回收設備等，處理成本較高。
2．濕法冶金
濕法冶金是用合適的化學試劑選擇性溶解廢舊鋰電池中的正極材料，並分離浸出液中的金屬元素的一種方法。濕法冶金工藝比較適合回收化學組成相對單一的廢舊鋰電池，可以單獨使用，也可以聯合高溫冶金一起使用，對設備要求不高，處理成本較低，是一種很成熟的處理方法，適合中小規模廢舊鋰離子電池的回收。
目前，大多數國家的電池製造商採用濕法冶金對鋰電池進行回收，主要步驟包括：預處理、酸液浸出、浸出液除雜、分離萃取以及元素沉澱。其中，酸浸出是整個過程最重要的環節。
