能量密度，指的是单位质量或单位体积的电池所放出的能量，即体积比能量或质量比能量。锂离子电池的能量密度值反映了电池能量大小和尺寸的关系：能量密度ρ=E/V。电池的能量密度越大，那么在同能量的情况下电池的尺寸越小。或在同尺寸的情况下，电池的能量密度越大，电池能量越大。
锂离子电池无论是体积比能量，还是重量比能量，锂离子电池均比铅酸蓄电池高出3倍以上。锂离子电池体积更小、重量更轻。循环寿命长。锂离子电池用于电动汽车的循环寿命一般在800次以上，采用磷酸铁锂正极材料的锂离子电池可以达到2000次左右，超出铅酸蓄电池1.5～5倍。
目前的锂离子电池能量密度一般在200~260wh/g，铅酸一般在50~70wh/g，那么重量能密度锂离子电池就是铅酸的3~5倍，这就意味着相同容量的情况下，铅酸电池是锂离子电池的3~5倍，所以在储能装置轻量化上，锂离子电池占居绝对优势。
锂离子电池能量比较高。具有高储存能量密度，目前最高已达到460Wh/kg，是铅酸电池的约5-10倍，未来可能会更高（比能量指的是单位重量或单位体积的能量，比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。）随着锂离子电池安全技术的发展，锂离子电池的使用一定会越来越安全、越来越普及。
一般在相同体积下，锂离子电池的能量密度是镍镉电池的2.5倍，是镍氢电池的1.8倍，因此在电池容量相等的情况下，锂离子电池就会比镍镉、镍氢电池的体积更小，重量更轻。
目前，比亚迪磷酸铁锂离子电池的单体能量密度为150Wh，而接下来比亚迪计划将能量密度继续提升到160Wh。除了磷酸铁锂离子电池，比亚迪也在同步开发三元锂离子电池，而假如将三元锂离子电池的技术结合到磷酸铁锂离子电池上，对原有用石墨作为负极材料的做法进行一些调整，那么在2020年左右，比亚迪计划将磷酸铁锂离子电池的单体能量密度提升到200Wh。
铅酸电池的能量密度是比较低的，所以无法用作电动汽车的动力源，因为假如使用铅酸电池驱动家用汽车行驶200km以上，要将近1吨的电池，这个重量太大了，无法达到实用，当然铅有毒也是一个方面原因，铅酸电池的循环性能也比较差，但是我们可以看到，仅丛能量密度上就可以判断出铅酸电池不能作为纯电动汽车的动力源。
传统的铅酸蓄电池质量和体积能量密度偏低，能量密度只有为锂离子电池的1/3左右，氢镍电池的1/2左右，并且体积较大，不适宜在质量轻、体积小的场合使用。传统铅酸蓄电池循环寿命较短，理论循环次数为锂离子电池1/3左右。
