近十年，碳納米管在鋰離子電池領域的產業化應用得到蓬勃的發展。[10]碳納米管在其中的重要用途是替代導電介質炭黑，提高正極材料（如磷酸鐵鋰（LFP），鎳鈷錳三元材料（NCM），鎳鈷鋁三元材料（NCA）等）的電導性。[11-14]由于具備高電導率和特殊的一維管狀結構，碳納米管通過一維橋梁有效建立了連接正極材料顆粒的導電網絡，相較于傳統導電介質炭黑的點-點接觸具有明顯優勢。新興的石墨烯具有與碳納米管類似的結構單元，擁有同樣優異的導電性能。同時，二維的平面結構使得其可與正極材料顆粒間的形成點-面接觸。因而有望在鋰離子電池領域取代碳納米管或與碳納米管協同使用，[15-18]通過降低接觸電阻而提高電池的功率密度。例如Gao等[15]將2%的石墨烯及石墨烯納米帶摻入LFP中，石墨烯及石墨烯納米帶將LFP顆粒均勻包裹并形成有效的導電網絡。該正極材料的能量密度和功率密度在5C的測試條件下可分別達到1020WhL−1和5.1kWL−1。Wei等[16]利用石墨烯作為導電介質添加到LFP電極中，在30C和50C的條件下仍可獲得103.1mAhg-1和68mAhg-1的容量。同時，由于石墨烯的制備方法種類多，可以獲得不含金屬雜技的石墨烯。相較而言，有競爭力的碳納米管的制備方法多為金屬催化劑存在下的化學氣相沉積法。部分石墨烯的處理成本可能會比較低，且純度可能高于碳納米管，也有望獲得性能更加穩定的鋰離子電池器件。然而，相較于正極材料，石墨烯本身可供應的電池容量極低，[19,20]因而作為導電介質，過多的添加石墨烯將會降低鋰離子電池的能量密度。

此外，也有將石墨烯用于鋰離子電池負極的報道，其重要思路是利用石墨烯新增負極側的堆積孔容，從而抑制負極材料在充放電過程中的體積膨脹效應。[21-24]Teng等[21]將MoS2垂直生長于石墨烯片層上（圖1b），通過C−O−Mo的鍵合用途，使石墨烯不僅對MoS2起到均勻分散的效果，還對充放電過程中電極的體積變化起到緩沖的用途。該MoS2/石墨烯負極材料在100mAg-1的條件下經過150次循環后仍保持1077mAhg-1的容量。然而，負極添加石墨烯存在首次庫倫效率下降嚴重的問題，[25,26]會導致鋰的大量無謂消耗，從商業角度上沒有經濟競爭性。從這點考慮，目前的商用負極更傾向于表面積極低的材料(大部分小于2m2g-1)，而非碳納米管或大面積的石墨烯(大多高于幾百m2g-1)。