בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה, האנרגיה וההספק הספציפיים הגבוהים שלה, ליתיום SBs נחשבות לסוללות המבטיחות ביותר לאחסון אנרגיה חשמלית. בנוסף, לסוללות ליתיום אין זיכרון והן נקיות מחומרים מזיקים כמו כספית ועופרת. עם זאת, סוללה מסוג זה היא יחסית יקרה; נדרשות מערכת הגנה בטיחותית ואיזון סוללה כדי להבטיח ביצועי סוללה עקביים באותה מתח ורמת סוללה.
לסוללות ליתיום יש קטגוריה שתוכננה במיוחד עבור יישומים סביבתיים-בטמפרטורה גבוהה, למעט סוללות נתרן-, ברזל ליתיום אלומיניום (ליתיום אלומיניום FES) וברזל ליתיום אלומיניום (ליתיום אלומיניום FeS2) הן סוללות ליתיום בטמפרטורה-גבוהה, בעלות קיבולת אנרגיית הליתיום הגבוהה ביותר מבין כל סוללות הליתיום. עם זאת, סוללת ליתיום מסוג זה היא בעלת חיי מחזור קצרים, דורשת ניהול תרמי, ועלולה לגרום לאובדן אנרגיה משמעותי עקב הצורך לשמור על טמפרטורת הפעולה. טווח טמפרטורת הפעולה של סוללות ליתיום גופרית הוא 375-500 מעלות. סוללת הליתיום-גופרית בטמפרטורה-גבוהה מורכבת מסגסוגת אלומיניום ליתיום בתור האנודה, ברזל גופרתי בתור הקתודה, וליתיום כלורי אשלגן כלורי מותך בתור האלקטרוליט והמפריד. בסוללות אלו, סגסוגות ליתיום אל משמשות לשליטה בפעילות הליתיום, וסולפידים של ברזל משמשים למניעת קורוזיה של ברזל.
סוללות ליתיום אחרות הפועלות כרגיל בטמפרטורות הסביבה הן בעיקר סוללות ליתיום פולימר וסוללות ליתיום-יון המשמשות ביישומי רכב חשמלי. ההבדל בין סוללות פולימר לליתיום-יון הוא שהראשונה משתמשת במתכת ליתיום בתור כור, בעוד שבשנייה אין מתכת ליתיום במערכת. סוללות ליתיום פולימר מתאימות לצורות ייצור שונות ומציגות קשיחות ואמינות. עם זאת, המוליכות וצפיפות ההספק שלהם גרועות יחסית.
בשל גודלן הקטן, משקלן הקל והפוטנציאל, סוללות ליתיום-יון פופולריות מאוד באחסון אנרגיה ובמוצרי חשמל ואלקטרוניקה ניידים. לסוללות ליתיום יון יש צפיפות אנרגיה גבוהה, צפיפות הספק גבוהה של 500 עד 2000 ואט/ק"ג, פריקה עצמית נמוכה ותוחלת חיים ארוכה. עם זאת, מחזור החיים של סוללות ליתיום- מושפע באופן משמעותי מהטמפרטורה ועלול להיפגע במקרה של פריקה עמוקה. על פי השימוש המתמשך בחומרי אלקטרודה חיוביים, סוללות ליתיום-יון מסווגות לשלושה סוגים: תחמוצת ליתיום מנגן (LiMn2O4), פוספט ליתיום ברזל (LiFePO4), תחמוצת ניקל מנגן קובלט (LiNiMnCoO2), ליתיום ניקל קובלט ליתיום אלומיניום 2 ו- ליתיום ניקל קובלט אלומיניום 2 ו-2. (Li4Ti5O12) סוללות.
