石墨烯作為鋰離子電池負極材料，當采用50mA/g的電流密度充放電時，該石墨烯電極材料的比容量為540mAh/g；再經20次循環后，容量發生一定程度的衰減。石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，無論是輕薄、硬度、導熱、導電，都是所有材料之最，被認為是一種未來革命性的材料。

研究發現，這可能與材料中石墨烯片層的排列方式未得到優化有關。以石墨烯紙作為鋰離子電池負極材料時，循環性能就不太理想，首次循環之后，比容量就下降到100mAh/g以下(充放電電流密度50mA/g)。文獻等采用熱膨脹氧化石墨法制備的石墨烯，將其應用于鋰離子電池負極材料中。當采用1mA/g的電流密度充放電時，其比容量可達554mAh/g。

更為驚喜的是，發現假如在其中摻入C60和碳納米管后，其比容量可高達784mAh/g。研究證明，石墨烯材料雖具有非常高的鋰離子擴散速率，作為鋰離子電池負極材料時，首次可逆比容量較高，但經過幾次循環后，容量衰減嚴重，并且充放電曲線滯后嚴重，因此很難單獨作為電極材料使用。而石墨烯獨特的柔性結構若與高容量金屬或氧化物粒子復合用作負極材料則具有得天獨厚的優勢。

與傳統鋰離子電池負極材料相比較，石墨烯作為鋰離子電池負極材料時，可有效提高相應電池的比容量，增強電極和電解液之間的導電接觸，改善其充/放電倍率性能。同時，石墨烯柔韌的單原子層二維結構也可有效抑制電極材料在充放電過程中發生體積變化引起的材料膨脹、粉化等，從而提高電池的循環穩定性。

此外，通過化學氧化插層剝離再還原法合成的化學還原石墨烯表面含有特定的含氧化學基團，如羧基、羥基和環氧基等，可為其結構和表面功能改性以及與其他材料的復合供應豐富的反應和鍵合位點，也為三維超結構石墨烯基復合材料的設計和合成供應多種可能的途徑。

由于石墨烯片之間較強的π-π疊合用途，石墨烯可團聚形成類似于石墨的層狀結構，進而影響鋰離子的嵌脫。這也證明純石墨烯并非是一種理想的鋰離子電池電極材料。

因此，近兩年來石墨烯基納米復合材料，如石墨烯/碳納米管、石墨烯/碳60(C60)、石墨烯/無機納米粒子等復合材料被廣泛地應用于鋰離子電池負極材料研究。通過納米粒子與石墨烯之間的有效復合，可有效阻止石墨烯片之間的疊合/團聚，有利于鋰離子的嵌脫。

1.國際石墨烯發展現狀。目前國際上從事石墨烯產業研究的國家包括英國、美國、歐盟、韓國和日本等，各國發展狀況不同。

英國：作為石墨烯的誕生地，英國在石墨烯的基礎研發方面居于全球領先地位，但從事商業開發的石墨烯公司較少，因此在石墨烯應用方面并非其強項。

美國：美國對石墨烯的研究投入較早，石墨烯產業化和應用進程相對較快，其產業布局也呈現多元化，產業鏈相比較較完整。

歐盟：歐盟的石墨烯研究起步早且系統性強，并將石墨烯研究提升至戰略高度，資金支持力度大，基礎研究扎實。

韓國：韓國石墨烯產業發展產學研結合緊密，在基礎研究及產業化方面發展較為均衡，整體發展速度較快。

日本：日本依托其良好的碳材料產業基礎，是全球最先進行石墨烯研究的國家之一，產學研結合較為緊密，整體發展較為全面。

2.國內石墨烯發展現狀。從專利數量上來看，我國國內石墨烯領域專利申請量重要集中在長三角地區，其中江蘇的申請量居于首位(4102件)，廣東(2537件)和北京(2333件)次之，而東北和西部地區的專利申請量較低。從產業集聚度來看，國內目前的石墨烯公司大多分布在東部沿海一帶，尤其是長三角、珠三角、京津冀魯聚合區。