目前，發展和改進鋰離子電池的主要方向是提高電池容量與充放電性能，提高電池的安全性并降低電極材料成本。鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜和電解質等組成，而決定鋰離子電池整體電化學性能的關鍵是電極材料。

石墨烯粉體在鋰離子電池中的應用比較多元化，主要應用方向有三種，分別是作為正負極材料導電添加劑，用在銅箔或鋁功能涂層以及作為電極材料。目前已經實現商業化的是用在正極材料中作為導電添加劑，來改善電極材料的導電性能，提高倍率性能和循環壽命。

目前，石墨烯在鋰電池領域中主要用做導電劑石墨烯相當于催化劑。按重量百分比計算，正極材料石墨烯1%——2%（主要在1%左右），若正極材料用磷酸鐵鋰，則石墨烯占比2%左右，使用石墨烯后，性價比提高明顯，導電性更好、充放電更快。

在鋰電池電極材料應用方面，石墨烯負極材料主要以石墨烯復合材料為主。石墨是現在鋰電池普遍采用的負極材料。石墨具有結晶的層狀結構，易于鋰離子在其中的嵌入/脫嵌，形成層間化合物LiC6，是一種性能穩定的負極材料，但其理論容量不足，限制了電池的容量。

石墨烯以獨特的二維蜂窩狀晶體結構具備高比表面積與載流子遷移率，在儲鋰方面有很大的優勢，即鋰離子在脫嵌過程中可逆性強，降低循環比容量的損耗，大大提高了電池的庫倫效率和循環比容量。石墨烯可以進一步制備成硅碳復合負極材料，將充放電性能再次提升一個臺階。但由于應用技術的限制，目前石墨烯用作鋰電池負極材料缺乏穩定性，石墨烯在鋰電池負極材料的滲透率還很低。

隨著新能源汽車產量的迅猛增長、儲能鋰電池市場逐漸啟動、消費級鋰電池的穩步增長，市場對于鋰電池的需求也將呈飛速提升態勢，刺激鋰電池產能擴張，預計到2020年，鋰電池年產量可達到170GWH。

隨著市場對鋰電池性能要求不斷提高、石墨烯在鋰電池領域的應用技術逐漸升級，石墨烯在鋰電池中占比也將逐步提高。以5%含量的石墨烯來估算，2020年鋰電池領域對應的石墨烯需求量在20000噸以上。

相關研究認為，2016-2017年是石墨烯在鋰電池領域應用的探索期，整體市場滲透率比較低，此階段行業的增長動力主要得益于新能源汽車快速增長帶來的鋰電池產能迅速擴張。

2017年后，新能源汽車的政策環境或會發生改變，政府取消對新能源汽車的補貼是大概率事件，所以鋰電池產能會出現波動，增速放緩。但此階段石墨烯用作鋰電池負極材料的技術條件成熟，石墨烯在鋰電池領域的滲透率將迅速提高，市場規模快速擴張，市場增長主要由技術推動。

2015年石墨烯粉體價格相對2011了下降幅度超過90%，某研究中心預測，未來五年石墨烯粉體價格仍將繼續下降，2020年石墨烯粉體價格將下降至5萬元/噸，對應的鋰電池領域石墨烯市場規模將超過11億元。