电池的能量密度是指单位质量或单位体积的电池所释放出的电能。它通常用瓦时每千克（Wh/kg）或瓦时每升（Wh/L）来表示。
能量密度越大，意味着在相同质量或体积的情况下，电池能够存储更多的电量。对于电动汽车等设备来说，电池能量密度是一个关键指标，因为它直接影响着设备的续航里程。
电池的能量密度常常指向两个不同的概念：
1. 单体电芯能量密度：单个电芯级别的能量密度，顾名思义是单个电芯所具有的能量密度。
2. 电池系统能量密度：是指单体组合完成后的整个电池系统的电量与整个电池系统的重量或体积之比。由于电池系统内部还包含电池管理系统、热管理系统、高低压回路等，这些部分会占据一定的重量和内部空间，所以电池系统的能量密度一般比单体能量密度低。
目前市面上主流的锂离子电池的能量密度大约在150-250Wh/kg 之间，顶级的动力电池经过材料创新和技术改进，能量密度可以达到300Wh/kg以上。不过，与传统燃油（汽油的能量密度约为12,000Wh/kg）相比，仍有一定差距。但电动汽车能够更有效地将储存的能量转化为动力，因为电动机的转化效率高达80%以上，而现代汽油发动机的效率一般在20%-30%之间。
提高电池能量密度的方法包括采用新材料体系、优化锂电池结构以及提升制造能力等。例如，增大电池尺寸、改进正负极材料（如采用高镍正极、硅碳负极等）、提升电池包的成组效率（优化排布结构、进行拓扑优化、选用低密度材料、实现整车一体化设计等）。然而，提高能量密度并非没有挑战，安全性是需要考量的重要因素，能量密度越高的电池可能越不稳定，存在安全隐患。
我国在相关规划中也对电池能量密度提出了发展目标，如《中国制造2025》明确：到2020年，电池能量密度达到300Wh/kg；到2025年，电池能量密度达到400Wh/kg；到2030年，电池能量密度达到500Wh/kg。