石墨烯鋰離子電池是一種二次電池（即充電電池），代表著新型鋰電技術。石墨烯是一種鋰電池材料。
以三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池為代表，鋰電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，主要靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。
充電時，鋰離子從正極經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。
鋰離電池加入石墨烯材料后，充電、放電及導電比原來的電池快了 10 倍以上，可以達到 110-240V 民用電快充（15-25 分鐘沖滿），電池減少發熱及老化起火燃燒原因，增加電池幾倍壽命。
石墨烯鋰離子電池的優越性基本上可以歸納為以下8點：
1、工作電壓高（是鎳鎘電池—鎳氫電池的三倍）；
2、比能量大(每公斤可達 165WH 是氫—鎳電池的三倍)；
3、體積小（比氫—鎳電池小 30%）；
4、質量輕（比傳統電池輕 50%）；
5、循環壽命（循環次數在 2500—3000 次左右）；
6、自放電率低（每月自放僅為 3%）；
7、無記憶（充放電深度不影響電池的容量及壽命）；
8、無污染（電池材料不存在有毒物質）。
