石墨烯是一种由碳六元环形成的新型碳材料,具有很多优异的性能，如大比表面（约2600m2/g）、高导热系数（约5300Wm-1K-1）、高电子导电性（电子迁移率为15000cm2V-1s-1)和良好的机械性能，被作为锂电池负极材料而备受关注。
从第一性原理出发,研究了石墨嵌锂后的几何构型和嵌锂石墨的电压平台。计算表明,锂嵌入石墨中合适的六元环中心位置时,只引起石墨层间距的整体变化,而不引起石墨原子层内变化,保留了石墨的优良性能,该结构模型能很好地模拟真实的结构。化学家计算了一阶和二阶嵌锂石墨的电压平台,它们分别为0.081V和0.138V,这与0.085V和0.100V的实验值符合得比较好。
而石墨烯直接作为锂离子电池负极材料时，研究者采用水合肼(N2H4•H2O)作为还原剂、制备了丛林形貌的石墨烯片，其兼具硬碳和软碳特性，且在高于0.5V电压区间，表现出电容器的特性。石墨烯负极材料在1C放电倍率下,首次可逆容量为650mAh/g，100次充放电循环后容量仍可达到460mAh/g。
石墨烯还可作为导电剂，与其他负极材料复合，提高负极材料的电化学性能。如Zai等采用超声分散法制备了Fe3O4/石墨烯复合材料，在200mA/g的电流密度下放电，经过50次循环后，容量为1235mAh/g；在5000和10000mA/g电流密度下放电，经过700次循环后，容量分别能达到450mAh/g和315mAh/g，表现出较高的容量和良好的循环性能。
石墨烯具有较大比表面积、高的导电性、化学稳定性等优点，在新型锂离子电池中具有潜在的应用。
