在所有的环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大，锂离子电池在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关。低温下电解液的粘度降低、导电性下降，活性物质的活性也会降低、会使电解液的浓度差变大，极化增强，使充电提前终止。更重要的是锂离子在碳负极的扩散速度会更慢，温度下降，电极的反应速率也下降。
锂离子电池在低温条件下工作，电池的容量急剧下降且极化增强，在低温条件下，锂离子难于嵌入负极中而相对较易从负极中脱出，因此导致容量的下降，而电池的放极化变化则与低温时电解液的电导率下降，锂离子在电极中的扩散速度下降及其在充电过程中由于金属锂的沉积在负极表面形成新的SEI膜导致阻抗增大等因素有关。
低温环境下对锂离子电池充电或使用前必须对电池进行预加热。电动汽车车载的电池管理系统对电池加热的方式大体可分外部加热与内部加热两大类。这些加热方式一般位于电池包中，或者设置在热循环介质的容器中。内部加热法加热电池，则是通过交流电流激励电池内部电化学物质，使电池本身出现热量。
