石墨烯概念的興起是人類邁向環保生活的一個結晶，鋰電池是一個環保產品，因為它沒有以往電池產品中普遍存在的重金屬污染，隨著從電子產品過渡到新能源汽車動力電池及大型儲能電池應用，需要把鋰電池做成更大個體，伴隨而來的技術問題也就產生了。

電池行業的從業人員都知道，現有鋰電池的命名全部都是因應于構成它的正極材料，而碳基負極是被默許為沒有改變的。因為鋰電池的儲電量提升了，為了方便應用，就需要盡量壓縮體積，提高相應的充電效率。以往，落實這些措施都從正極上著手，但到目前為止很難再有大的突破了。于是，從負極材料著手進行改善的思路自然而然地出現了。根據一般的思維規律，新事物取代舊事物最初都是從“可替代性”開始的，是改良性質的，石墨烯源于碳物質，而碳基物質（對于鋰電池可以更簡捷地說：石墨）正是目前鋰電池的負極材料基礎。從這個意義上說，現在的石墨烯電池概念也是技術改良而不是技術革命性質的，主要是爭取比原來的負極材料有相應性能的數量級提升，并非功能上質的變動。

不過，在石墨烯如何應用于鋰離子動力電池和儲能電池的研究過程中，研究人員發現，石墨烯因為其特殊的物理結構還可以在這類電池中發揮其他技術功能，從而改善電池化學性能，統而言之，石墨烯應用于鋰電池的途徑按照技術與經濟可行性由小到大的順序，主要表現在四個方面：1.充當電池負極；2.充當電池正極輔料；3.形成復合材料負極；4.作為電池導電劑。

一、作負極。北京化工大學的一項試驗通過恒流充放電、循環伏安法和交流阻抗等手段研究了石墨烯用作鋰離子電池負極材料的電化學性能，結果表明，石墨烯負極材料有優異的倍率功能，具體表現為：在0.2mA/c㎡的電流密度下石墨烯首次可逆比容量為1005mAh/g,經過30個循環后放電比容量保持在609mAh/g，優異的倍率功能意味著石墨烯負極電池可以用于需要瞬間電流比較大的環境，這對低溫電池等特種電池產品增強了適用性。

但是，該試驗及其后來的其他試驗也表明，純石墨烯存在著首次循環庫侖效率極低、充放電平臺過高、電位滯后和循環穩定性較差的缺點，這些都是屬于高比表面無序碳材料的基本電化學特征。石墨烯的片狀結構也易造成電池極化嚴重，綜合其電化學表現的優缺點，目前的純石墨烯物質不具備直接用作鋰離子電池負極的可能性。

二、作正極材料的輔料。其優點和直接用于電池負極類似，也是有利于改善倍率和低溫性能，只不過在方式上是作為輔料添加到正極材料中。試驗表明，從國內動力電池兩大主流技術——磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池來看，石墨烯包覆磷酸鐵鋰只能微弱提高充電性能，使充電時間略為減少，而石墨烯包覆三元材料會使材料性能下降，反而是氧化石墨烯性能會有所改善。由于石墨烯本身的昂貴，將這一技術市場化的時候，需要考慮成本與效果之間的平衡。

三、石墨烯復合材料。可以與硅基/錫基和過渡金屬化合物形成復合材料，這兩類非碳基負極材料優缺點明顯：一方面具有高理論容量的優勢，另一方面存在著在嵌鋰/脫鋰過程中體積膨脹收縮變化明顯的缺點。而石墨烯摻雜改性后的復合材料能有效改善這兩種材料單獨使用時的缺點，石墨烯的納米間隙既可以抑制其膨脹收縮時的碎裂可能性，也可緩解團聚現象（因疊壓和聚攏使鋰離子活動空間變小）提高鋰電池的儲能空間，這對在既定體積下提高電池容量水平有幫助。

從技術層面上來看，石墨烯復合材料是一種可調整參數的構件，因此可以針對強調點不同的應用，但也正因為如此增加了它的工藝復雜程度。一方面它要在趨利的同時避害，另一方面要保證投入量產后的一致性，則設備/原材料投入、工藝設計與流程實現需要大量的前期資金，而且這種資金投入后的效果還要為市場認可。目前，大多數的石墨烯制備企業也是圍繞著這個應用方向展開的，之所以產業化還明顯不足，其中的困難就在于此。

四、作電池導電劑。石墨烯導電性優良，其電子運行速度達到光速的1/300，以石墨烯作鋰電池的導電劑，能夠將電芯內阻減至最小，有效突破鋰電池產品快速充電的技術瓶頸。相關試驗表明，它能提高材料的循環性能從而提高電池壽命；雖然也能提高電池的高倍率性能，但這方面的表現并不明顯。其不利的一面是：電池快充的安全性問題始終存在。好在這種快充是可以通過調整導電劑的劑量以及它與電解液的結合方式來進行改善的，因此，這是一個最沒有爭議的應用。

石墨烯成為鋰電池改性的首選考慮與它能夠在鋰電池主要部件和輔件起作用有重大關系，因為這種應用的全面性人們甚至發明了“石墨烯電池”這一概念。不管怎么說，在鋰電池大型應用的趨勢下，石墨烯的出現改變了人們從正極材料方面著手的局限性，使鋰電池通過改良性能而拓展了自己的應用廣度和深度，這對于我國和全球環保能源事業的發展有積極作用。