动力电池是电动汽车的心脏，锂电池比能量决定了电动汽车的行驶里程。目前业界主流的电动汽车均以锂离子电池为主，从实际应用效果来看并不能令人满意——续驶里程已经成为困扰电动汽车发展的最大障碍之一。
400-500公里的续驶里程对于传统燃油汽车来说是十分容易达到的数值，而对于电动汽车来说却遥不可及。目前，主流电动汽车续驶里程多在200公里以下，少数如比亚迪E6、特斯拉Model S等则通过增加电池组数量，牺牲车重、成本经济性的方式增加续驶里程，导致单车电池成本占比达到40-50%，终端售价昂贵，难以普及。
即使不要求电动汽车的续驶里程与传统燃油汽车看齐，仅仅是更高效率的角度看，提升电池比能量、降低电池重量也是必须的。而现阶段磷酸铁锂技术的单体电池比能量仅110-120Wh/kg，组合成电池包后，电池系统能量密度还不到90Wh/kg。NCA和NCM三元材料电池技术比能量相比磷酸铁锂要高出50%，目前普遍在150-180Wh/kg。而经过相关机构研究，特斯拉的NCA三元锂电池比能量已经达到200Wh/kg。
根据国务院颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020 年)》中提及的目标，至2015年动力电池模块的能量密度达到150Wh/kg(折算成单体电池，其能量密度大约需要达到170-190Wh/kg)，至2020 年动力电池模块的能量密度达到300Wh/kg(对应的单体电池能量密度至少达到330Wh/kg 以上)。而按照国际上制定的2030年规划，能量密度将进一步达到了500Wh/kg。
科学界对未来电动汽车电池技术领域的研究从未停止，目前锂硫电池是目前高比能二次电池的研究热点，无论是作为正极材料的单质硫还是作为负极材料的金属锂，均具有很高的理论比容量，从而使整个电池的理论比能量高达2600wh/kg，而目前主流的锂电池比能量仅为150-180 wh/kg 。此外，铝空气电池也可能成为未来的技术热点，在2014年初举行的亚特兰大先进汽车电池会议上，以色列Phinergy推出全新的铝-空气电池，共包含50块铝板，其中每一块铝板所产生的能量都可以单独驱动汽车行驶20英里，整个Phinergy铝-空气电池的续航里程可以达到1000英里（约合1600千米）。然而，这些实验室技术要真正走向市场，还有极为漫长的道路。