Bateri litium ialah sejenis bateri yang diperbuat daripada logam litium atau aloi litium sebagai bahan elektrod positif/negatif, menggunakan larutan elektrolit bukan akueus. Pada tahun 1912, bateri litium-logam pertama kali dicadangkan dan dikaji oleh Gilbert N. Lewis. Pada tahun 1970-an, MS Whittingham mencadangkan dan mula mengkaji bateri lithium-ion. Oleh kerana sifat kimia logam litium sangat aktif, pemprosesan, pemeliharaan dan penggunaan logam litium mempunyai keperluan alam sekitar yang sangat tinggi. Dengan perkembangan sains dan teknologi, bateri litium telah menjadi arus perdana.
Bateri litium boleh dibahagikan secara kasar kepada dua kategori: bateri logam litium dan bateri litium-ion. Bateri litium-ion tidak mengandungi litium logam dan boleh dicas semula. Bateri boleh dicas semula generasi kelima, bateri logam litium, dilahirkan pada tahun 1996, dan keselamatannya, kapasiti khusus, kadar nyahcas sendiri dan nisbah harga prestasi adalah lebih baik daripada bateri litium-ion. Disebabkan keperluan teknikalnya yang tinggi, hanya beberapa syarikat di negara ini yang mengeluarkan bateri logam litium ini.