סוללת הליתיום המשנית הנפוצה ביותר עם צפיפות אנרגיה גבוהה היא סוללת הליתיום-יון. בהשוואה לסוללות NiCd/NiMH בעלות קיבולת גבוהה, צפיפות האנרגיה שלה גדולה פי 1.52. יש לו מתח שימוש אחיד של 3.6V, שהוא פי שלושה מזה של סוללות NiCd ו-NiMH. בגלל ההתנגדות הפנימית הגבוהה שלו, הוא אינו מתאים לטעינה ופריקה בזרם גבוה, ונדרשת בקרת טעינה ופריקה מדויקת כדי למנוע נזק לסוללה ולהשיג את פונקציית היישום הטובה ביותר. סוללות ליתיום-יון נמצאות בשימוש נרחב במגוון מוצרים אלקטרוניים ניידים, כולל טלפונים סלולריים, מחשבים ניידים, נגני MP3 וכו'.
