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石墨烯是碳原子以sp2杂化连接形成的单原子层，以751个碳原子杂化形成最稳定的苯751元环，然后每个碳原子又向外延伸，形成平面结构，是目前最为理想的二文纳米材料。利用不同的方法，石墨烯可以转变成为其他的碳的同素异形体。例如，将石墨烯包裹，可以形成富勒烯；将它卷曲，则形成碳纳米管；将石墨烯多层堆砌起来，则又能变成石墨。
石墨烯作为一种研究热门的二文材料，它具有很多优秀的性质。例如，理论值为2630㎡/g的比表面积值；在室温条件下，半整数量子霍尔效应[5]；热导率为5300W/（m•K）[6]；杨氏模量能达到1Tpa，具有很好的机械性能[7] ；石墨烯还具有量子遂穿效应[8]；由于极薄，单层的石墨烯只吸收2.3%的光，几乎是透明的[9] 。由于这些优秀的性能，石墨烯被广泛应用于各种领域。
石墨烯近似认为是由碳原子和其共价键所形成原子网格。另外石墨烯的命名来自于英文的graphite（石墨）+-ene（烯类结尾），石墨烯的十分小的理论电容量让其作为电池负极[10～11]。
由于石墨烯的优秀性能以及良好的应用，石墨烯自从被发现以来就一直被学术界广泛关注。目前，学术界将目光转向了如何控制石墨烯的合成，使得能够获得不同形状、尺寸、参数、元素掺杂和聚集形态[12]的石墨烯，由此发展出了多种合成方法。例如微机械剥离法、催化生长法、化学合成法、化学剥离法等。
1.2 锂离子电池
锂离子电池（Li-ion battery简写成LIB）采用与原来的普通电池不同的概念，普通电池一般采用氧化还原的方法来进行放电，而锂离子电池在氧化还原之外，还采用了电化学嵌入/脱嵌的方法：利用了锂离子电池两电极之间的电压降，使得锂离子可以在电极材料提供的“空间”当中“嵌入”以及“脱嵌”，达到在充放电过程当中，锂离子能够在正负极材料当中定向的移动[13]。在充电的时候，锂离子从正极脱嵌，从电解质中移动后“嵌入”负极，使得负极材料达到锂元素富余的状态；而到了放电的时候，锂离子从负极“脱嵌”，又经过电解质，回到正极，使得正极回复成为锂元素富余状态。而无论是“嵌入”还是“脱嵌”的过程，锂离子的移动只是物理过程，并没有使得两边电极的化学结构与性能发生变化，具有优秀的可逆性，可以使得电极材料能够重复使用。由此一来，锂离子电池具备了许多其他高能量密度的金属电池不具备的超长寿命以及极佳的可重复利用率。
锂离子电池的组成：
（1）正极——工业上一般以锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂作为正极材料，而在实验室当中则可以利用纯锂；
（2）隔膜——一种高分子的薄膜，具备微孔结构，能够阻拦电子的通过，只让锂离子在隔膜之间通过。
（3）电解液——一般为溶解有751氟磷酸锂的碳酸酯等有机溶剂，可以很好地使得锂离子进行转移。
（4）负极——一般以铜箔作为负极的承载材料，然后上面涂覆有石墨或近似石墨结构的物质。
（5）外壳——分为钢壳、铝壳、镀镍铁壳、铝塑模等隔离材料，并在两头加上正负极的电流联通材料。
锂电池的优缺点
锂离子电池的优点：
（1）锂离子电池具有很高的能量密度，大约是铅酸电池的6到7倍；
（2）锂离子电池具有很长的寿命，使用寿命可达长达6年以上；
（3）锂离子电池的电压很高，能够很好地组成各种串联电路；
（4）锂离子电池的承受能力很好，可以承受非常快速的充放电；