鋰離子電池組與其它高能二次電池如Ni-Cd蓄電池，Ni-MH蓄電池、鉛酸蓄電池等相比，鋰離子電池在性能上具有顯著的優越性，重要表現在以下幾方面。

(1)工作電壓高
以石墨或石油焦等炭質嵌鋰化合物代替金屬鋰作為負極，會使電池電壓有所下降。但由于它們嵌鋰電位較低，可使電壓損失減小到最低限度。同時，選擇合適的嵌鋰化合物作為電池正極，選擇適當的電解液體系(決定了鋰離子電池組的電化學窗口)，可使鋰離子電池組具有較高的工作電壓(-4V)，遠高于水溶液體系電池。
(2)比容量大
雖然以炭質材料代替金屬鋰會使材料質量比容量有所降低，但實際上金屬鋰二次電池中為保證電池具有一定的循環壽命，負極金屬鋰通常過量三倍以上，因此鋰離子電池中質量比容量實際的降低程度并不大，而且體積比容量幾乎沒有降低。
(3)能量密度高
較高的工作電壓和體積比容量決定了二次鋰離子電池的能量密度較高。與目前廣泛使用的Ni-Cd蓄電池和Ni-MH蓄電池相比，二次鋰離子電池能量密度最高，且仍有很大的發展潛力。
(4)安全性能好，循環壽命長
用金屬鋰作陽極的電池不安全的原因是多次充放電使鋰離子電池正極結構發生變化，形成多孔枝晶，在升高溫度時，它與電解液發生劇烈的放熱反應，且枝晶能刺穿隔膜，造成內部短路，而鋰離子電池不存在此問題，是很安全的。為防止在電池中存在金屬鋰，充電時要控制電壓，為保險起見，鋰離子電池備有多重安全裝置。鋰離子電池在充電和放電過程中鋰離子插入和脫嵌在陰極和陽極上沒有任何結構改變(在插入和脫嵌過程中晶格會有一些膨脹和收縮)，且因為嵌鋰化合物比金屬鋰更穩定，在充放電過程中不會形成鋰枝晶，從而明顯地改善了電池的安全性能，同時循環壽命也大大提高。鋰離子電池在1989年和1990年分別被美國運輸部危險品運輸處和IAIT(國際航空與運輸協會)排除在危險品之內。
(5)自放電率小
鋰離子電池組采用非水電解液體系，嵌鋰炭材料在非水電解液體系中熱力學不穩定。在首次充放電過程中因電解液的還原會在炭負極表面形成一層固體電解質中間相((SEI)膜，允許鋰離子通過但不允許電子通過，并使不同荷電態的電極電極活性物質處于相對穩定的狀態，因此具有較低的自放電率。
(6)清潔無污染
鋰離子電池組不含有鉛、福、汞等有毒物質，同時因為電池必須被很好地密封，在使用過程中極少有氣體放出，不對環境造成污染。生產制造過程中用于溶解粘結劑的溶劑也可以做到完全回收。Sony等鋰離子電池大型生產公司，從1997年己經陸續開始了鋰離子電池的回收以及材料(如金屬鉆等)的再生循環工作。另外，1996年Sony的鋰離子電池經鑒定符合IS014001國際環境標準[71O

(7)電流效率高
不同于以往任何一種水溶液體系二次電池，鋰離子電池組在正常的充放電過程中不會出現氣體，電流效率接近100%，這一性質特別適合用作電力儲存和轉換的電池組。