三元锂电池的正极材料由镍、钴、锰或镍、钴、铝三种元素组成，故称为三元锂电池。三种元素的放电性能强，平均电压也高，所以能量密度比磷酸铁锂更高。不过安全性方面较差，高温结构不稳定，在200度左右容易分解。2020年9月，马斯克公布了4680圆柱形高镍三元锂电池，长80mm，宽46mm，正极材料中镍的含量极高，使可脱嵌的锂离子增加，能量密度更高。采用无极耳设计，电池的正极和负极没有凸起部分，接触面变得更大，内阻更低。特斯拉宣称该电池的能量密度为300Wh/kg，体积比为特斯拉当前使用的2170电池更大，能量总量为它的5倍，功率为6倍，续航里程可提升16%。4680电池将用于Cybertruck和特斯拉将来发布的其他车型。据悉，搭载4680电池的Cybertruck的续航里程可达805公里。
磷酸铁锂电池的能量密度不及三元锂电池，正极的分子结构呈橄榄石状，分子间空隙过窄，限制了锂离子的流动，因此放电效率低。不过寿命更长、安全性更高，具有最好的热稳定性。比亚迪在传统的磷酸铁锂电池上做出创新，研发出刀片电池，应用CTP（电芯-电池）技术，跳过将电芯装入模组的步骤，直接装入电池包中，提升体积利用率，从而提高了能量密度。薄薄的“刀片”的设计加强了散热效果，即使面对针刺实验，电池温度也不会大幅升高。比亚迪海豹2023款搭载了该电池，顶配版的续航里程达700公里。
在磷酸铁锂正极能量密度即将接近“天花板”之际，磷酸锰铁锂电池的出世让业界看到发展方向。锰元素具有高电压的特性，让电池具有更高的电压平台，在相同条件下能量密度比磷酸铁锂电池高出10-20%。宁德时代发布M3P电池，称该电池为“磷酸盐体系的三元”，其正极材料含有锰、铁及其他金属元素，能量密度达210Wh/kg，低温性能优于磷酸铁锂电池，成本优于三元锂电池。该电池将搭载于特斯拉2023年三季度推出的改款Model 3，暂未公布续航里程。