目前，发展和改进锂离子电池的主要方向是提高电池容量与充放电性能，提高电池的安全性并降低电极材料成本。锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解质等组成，而决定锂离子电池整体电化学性能的关键是电极材料。
石墨烯粉体在锂离子电池中的应用比较多元化，主要应用方向有三种，分别是作为正负极材料导电添加剂，用在铜箔或铝功能涂层以及作为电极材料。目前已经实现商业化的是用在正极材料中作为导电添加剂，来改善电极材料的导电性能，提高倍率性能和循环寿命。
目前，石墨烯在锂电池领域中主要用做导电剂石墨烯相当于催化剂。按重量百分比计算，正极材料石墨烯1%——2%（主要在1%左右），若正极材料用磷酸铁锂，则石墨烯占比2%左右，使用石墨烯后，性价比提高明显，导电性更好、充放电更快。
在锂电池电极材料应用方面，石墨烯负极材料主要以石墨烯复合材料为主。石墨是现在锂电池普遍采用的负极材料。石墨具有结晶的层状结构，易于锂离子在其中的嵌入/脱嵌，形成层间化合物LiC6，是一种性能稳定的负极材料，但其理论容量不足，限制了电池的容量。
石墨烯以独特的二维蜂窝状晶体结构具备高比表面积与载流子迁移率，在储锂方面有很大的优势，即锂离子在脱嵌过程中可逆性强，降低循环比容量的损耗，大大提高了电池的库伦效率和循环比容量。石墨烯可以进一步制备成硅碳复合负极材料，将充放电性能再次提升一个台阶。但由于应用技术的限制，目前石墨烯用作锂电池负极材料缺乏稳定性，石墨烯在锂电池负极材料的渗透率还很低。
随着新能源汽车产量的迅猛增长、储能锂电池市场逐渐启动、消费级锂电池的稳步增长，市场对于锂电池的需求也将呈飞速提升态势，刺激锂电池产能扩张，预计到2020年，锂电池年产量可达到170GWH。
随着市场对锂电池性能要求不断提高、石墨烯在锂电池领域的应用技术逐渐升级，石墨烯在锂电池中占比也将逐步提高。以5%含量的石墨烯来估算，2020年锂电池领域对应的石墨烯需求量在20000吨以上。
2016-2017年是石墨烯在锂电池领域应用的探索期，整体市场渗透率比较低，此阶段行业的增长动力主要得益于新能源汽车快速增长带来的锂电池产能迅速扩张。
2017年后，新能源汽车的政策环境或会发生改变，政府取消对新能源汽车的补贴是大概率事件，所以锂电池产能会出现波动，增速放缓。但此阶段石墨烯用作锂电池负极材料的技术条件成熟，石墨烯在锂电池领域的渗透率将迅速提高，市场规模快速扩张，市场增长主要由技术推动。
2015年石墨烯粉体价格相对2011了下降幅度超过90%，中投顾问产业研究中心预测，未来五年石墨烯粉体价格仍将继续下降，2020年石墨烯粉体价格将下降至5万元/吨，对应的锂电池领域石墨烯市场规模将超过11亿元。