在電機、控制技術有據可循、日趨成熟之時，電動車最難破解的困局以及最大的比拼都來自于電池技術。

　　特斯拉在早期Roadster電動跑車上，采用了體積甚小的18650鈷酸鋰電池，這種電池通常被用在手機、筆記本電腦等小型電器上。它最大的特點是擁有非常高的能量密度，幾乎達到170瓦時/千克。但是其熱穩定性同時飽受詬病，在180度左右就會出現分解現象并產生氧氣。

　　特斯拉電池單體及電池包、車輛結構

　　后來，特斯拉為了折中能量密度、功率密度以及安全性，在Model S車型上使用了改性三元電池鎳鈷鋁電池，使其電池總數達到了8000多節，比Roadster多出1000多節，但是成本卻下降了三成。盡管如此，十分有限的循環次數依然成為桎梏此類電池在電動車上應用的難題，以每兩天一次的充電頻率計算，大概在三到四年之后，電池就將壽終正寢。