锂离子电池在便携式电子设备、电动汽车、航空航天和国防军事等领域得到广泛运用。
在便携式电子设备领域，随着手机、相机、笔记本电脑等设备向轻、薄、小方向发展，人们对电池的稳定性、连续使用时间、体积、充电次数和充电时间等的要求越来越高。作为先进二次电池的代表，锂离子电池具备的质量轻、体积小、续航时间长等优点恰好满足这些要求，在便携式电子设备领域获得了绝对优势应用。
在电动汽车领域，目前提高纯电动汽车巡航里程是最为迫切的要求。锂离子电池的质量比能量最高，是动力电池首选体系，已经广泛应用于混合动力电动汽车和纯电动汽车。如特斯拉的纯电动汽车使用7000个18650型锂离子电池，相当于近2000个三口之家的手机电池用量。可见随着电动汽车的普及，锂离子电池产业将迅速扩张。
在军事国防领域，锂离子电池也被广泛使用在陆军方面的单兵系统、陆军战车和军用通信设备上，海军方面的微型潜艇和水下航行器(UUV)，以及航空方面的无人侦察机中。如单兵系统的夜视系统、紧急定位器和GPS跟踪装置的电池供电设备中，多使用锂离子电池。美国用于探测水雷和水面目标的“海底滑行者”，使用锂离子电池可自主航行6个月，航程为5000km，最大下潜深度为5000m。美国Aero Vironment公司研制的“龙眼”无人机，重2.3kg，升限90~150m，使用锂离子电池以76km/h速度飞行时可飞行60min。
在航天方面的卫星和飞船等领域，锂离子电池质量比能量高，发射质量小，可大幅度降低发射成本，将其与太阳能电池联用成为最佳选择。如，欧洲太空局(ESA)的火星快车采用的锂离子电池组的能量为1554W·h，质量为13.5kg，比能量为115W·h/kg。另外，火星着陆器“猎犬2”也采用了锂离子电池。
