特斯拉的电池技术采用了先进的三元锂电池，特别是正极材料为锂镍钴铝酸盐。在Model3的生产中，特斯拉引入了创新的21700电池，以替换早期的18650电池，提升了电芯性能。21700电芯的体积能量密度显著高于18650，单体电芯的能量密度甚至能带来高达20%的组内提升。
在特斯拉的电池设计中，十六个电池组巧妙地均匀分布在外壳上，形成紧凑的结构，有利于散热。每个电池组由六个单体电池串联组成，但单体电池的排列并非均匀，这可能是为了优化电池组内部的散热管道布局，确保电池的高效运行。
与18650电池相比，21700电池在尺寸上有所增加，这虽然增加了能量存储容量，但可能牺牲了循环寿命和瞬时放电能力。尺寸的扩大可能导致电芯在安全性和适应性方面面临挑战，从而增加了新能源汽车潜在的安全风险和设计难度。研究显示，电池容量每提升10%，循环寿命可能下降约20%；同时，充电速率降低30%至40%，电芯温度将相应上升约20%。