Ogniwa litowo-jonowe stosowane w pojazdach elektrycznych znacznie różnią się od tych stosowanych w sprzęcie elektronicznym. Różnice wynikają przede wszystkim z większych wymagań związanych z warunkami pracy oraz większą wymaganą trwałością, sięgającą 10 lat. Ponadto pakiety wyposażone są w specjalne układy chłodzenia i ogrzewania, zapewniające optymalną temperaturę pracy. Ogniwa litowo-jonowe używane w pojazdach mogą być także szybko ładowane, zazwyczaj od 0 do 80% w 15–30 minut bez znaczącego wpływu na ich żywotność.
Przykładem wykorzystania ogniw litowo-jonowych typu 18650 (o najwyższej jakości oraz z dodatkowymi zabezpieczeniami) jest sportowy samochód elektryczny Tesla Roadster, w którym zastosowano 6831 takich ogniw. Wielu producentów samochodów planuje jednak w swoich pojazdach użyć ogniw wielkoformatowych, o dużych pojemnościach np. Nissan Leaf. Prawdopodobnie największe pakiety akumulatorów litowo-jonowych (280 kWh) są stosowane w ciężarówkach i ciągnikach siodłowych firmy Balqon Corporation.
Akumulatory litowo-jonowe są stosowane także jako stacjonarne magazyny energii przy odnawialnych źródłach energii, które charakteryzują się znaczną niestabilnością pracy.