在眾多環境要素中，溫度對鋰離子電池性能的影響最大。鋰離子電池所用的電解液作為有機液體，如同油脂，會在低溫下變粘稠甚至凝結。此時，導電的鋰鹽在里面的活動大大受到限制，這樣的話充電效率很低，從而會導致鋰離子電池在低溫下充電慢，充不滿，放電亦是如此。

鋰離子電池在低溫環境下使用受到限制，除了因為放電容量會嚴重衰退外，低溫下也不能對鋰離子電池進行充電。在低溫充電時，電池石墨電極上的鋰離子的嵌入和鍍鋰反應是同時存在的且相互競爭。低溫條件下鋰離子在石墨中的擴散被抑制，電解液的導電率下降，從而導致嵌入速率降低而在石墨表面上會使鍍鋰反應更容易出現。鋰離子電池在低溫下使用時壽命下降的原因重要有內部阻抗的新增與鋰離子析出使容量衰減。

低溫下鋰離子電池性能退化嚴重，同時在鋰離子電池充放電過程中會有一些副反應發生。這些副反應中重要是鋰離子與電解液不可逆的反應，會造成鋰離子電池容量衰退，使電池性能進一步惡化。