鋰離子電池的充電溫度限制比操作限制更嚴格。鋰離子化學在高溫下表現良好，但長時間暴露在高溫下會縮短電池壽命。
鋰離子電池在較冷的溫度下提供良好的充電性能，甚至可以在5至45°C（41至113°F）的溫度范圍內進行“快速充電”。充電應在此溫度范圍內進行。在0至5°C的溫度下充電是可能的，但充電電流應降低。在低溫充電期間，由于電池內部電阻而使溫度略高于環境溫度是有益的。充電時溫度過高可能會導致電池退化，45°C以上的溫度充電會降低電池性能，而在較低溫度下，電池內阻可能會增加，導致充電速度變慢，從而導致充電時間延長。
消費級鋰離子電池不應在低于0°C(32°F)的溫度下充電。盡管電池組可能看起來正在正常充電，但在低溫充電期間，負極可能會發生金屬鋰電鍍，即使重復循環也可能無法移除。出于安全原因，大多數配備鋰離子電池的設備不允許在0–45°C以外的溫度下充電，但移動電話除外，它們在檢測到正在進行的緊急呼叫時可能允許進行一定程度的充電。