كثافة الطاقة: العامل الرئيسي في اختيار البطارية هو كثافة الطاقة، وتُقاس بواط-ساعة لكل كيلوغرام (Wh/kg). توفر بطاريات الليثيوم كثافة طاقة أعلى بكثير من بطاريات NiMH. فعلى سبيل المثال، توفر بطارية أيون الليثيوم النموذجية نحو 150-250 Wh/kg، مقارنة بنحو 60-120 Wh/kg لبطاريات NiMH. هذا يعني أن بطاريات الليثيوم يمكن أن تحشد طاقة أكبر في مساحة أخف وأصغر، مما يجعلها مثالية لتشغيل الأجهزة الإلكترونية المدمجة أو المركبات الكهربائية. أما بطاريات NiMH فهي أضخم لكنها تظل مفيدة للتطبيقات التي لا يكون فيها الحجم الصغير أمرًا حاسمًا.

سعة الشحن: بالإضافة إلى كثافة الطاقة الأعلى، توفر بطاريات أيون الليثيوم سعة شحن أكبر من بطاريات NiMH، وتُقدَّر عادةً بـ 1500-3000 مللي أمبير لليثيوم مقابل 1000-3000 مللي أمبير لـ NiMH. وتعني السعة الأعلى أن بطاريات الليثيوم يمكنها تشغيل الأجهزة لفترة أطول بشحنة واحدة. ومع ذلك، لا تزال بطاريات NiMH توفر أوقات تشغيل كافية لمعظم الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية وأدوات الطاقة.

التكلفة: من حيث التكلفة المبدئية، تعد بطاريات NiMH عادةً أرخص من بطاريات أيون الليثيوم. ولكن بطاريات الليثيوم تتمتع بكثافة طاقة أعلى، لذا تحتاج إلى عدد أقل من خلايا الليثيوم لتشغيل الجهاز، مما يقلل التكلفة. كما أن بطاريات الليثيوم تدوم لفترة أطول، ويحتفظ بعضها بنسبة تصل إلى 80% من سعتها بعد 500 دورة شحن. ولا تدوم بطاريات NiMH عادةً سوى 200-300 دورة قبل أن تنخفض إلى 70% من السعة. لذا، ورغم أن NiMH قد تكون تكلفتها الأولية أقل، فإن الليثيوم يمكن أن يكون أكثر توفيرًا على المدى الطويل.

الشحن: من الفروقات المهمة في شحن هذين النوعين من البطاريات أن بطاريات أيون الليثيوم ليس لها تأثير ذاكرة شحن يُذكر، على عكس بطاريات NiMH. هذا يعني أنه يمكن تفريغ بطاريات الليثيوم جزئيًا وإعادة شحنها عدة مرات دون التأثير على الأداء أو عمر البطارية. أما مع NiMH فيُفضّل تفريغ البطارية بالكامل وإعادة شحنها لتجنب ذاكرة الشحن التي قد تقلل السعة بمرور الوقت. وتُشحن بطاريات الليثيوم عادةً بشكل أسرع، خلال 2 إلى 5 ساعات، مقابل 3 إلى 7 ساعات لمعظم بطاريات NiMH.

الأثر البيئي: فيما يخص الصداقة للبيئة، تتمتع بطاريات NiMH ببعض المزايا مقارنة بالليثيوم. تحتوي بطاريات NiMH على مواد سامة خفيفة فقط ولا معادن ثقيلة، مما يجعلها أقل ضررًا للبيئة، كما أنها قابلة لإعادة التدوير بالكامل. ومن ناحية أخرى، تحتوي بطاريات الليثيوم على معادن ثقيلة سامة مثل معدن الليثيوم والكوبالت ومركبات النيكل، وتنطوي على خطر الانفجار في حال ارتفاع حرارتها، وتتوفر لها حاليًا خيارات إعادة تدوير أكثر محدودية. ولكن بطاريات الليثيوم أصبحت أكثر استدامة مع ظهور تقنيات بطاريات جديدة.