隨著研究的不斷發展，高性能鋰電電極材料層出不窮。石墨烯的高導電性、高導熱性、高比表面積、等諸多優良特性，一定程度上對解決該問題有著非常重要的理論和工程價值。
石墨烯直接儲鋰的優點：
1） 高比容量：鋰離子在石墨烯中具有非化學計量比的嵌入?脫嵌，比容量可達700~2000 mAh/g；
2） 高充放電速率：多層石墨烯材料的層間距離要明顯大于石墨的層間距，更有利于鋰離子的快速嵌入和脫嵌。大多研究也表明，石墨烯負極的容量有540 mA·h/g左右，但由于其表面大量的含氧基團充放電過程中分解或與Li+發生反應造成電池容量的衰減，其倍率性能也受到較大影響。
雜原子的摻雜帶來的缺陷會改變石墨烯負極材料的表面形貌，進而改善電極-電解液之間的潤濕性，縮短電極內部電子傳遞的距離，提高Li+在電極材料中的擴散傳遞速度，從而提高電極材料的導電性和熱穩定性。
但石墨烯材料直接作為電池負極仍然存在一些缺點，包括：
1）制備的單層石墨烯片層極易堆積，比表面積的減少使其喪失了部分高儲鋰空間；
2）首次庫倫效率低，一般低于 70%。由于大比表面積和豐富的官能團，循環過程中電解質會在石墨烯表面發生分解，形成SEI 膜；同時，碳材料表面殘余的含氧基團與鋰離子發生不可逆副反應，造成可逆容量的進一步下降；
3）初期容量衰減快；
4）電壓平臺及電壓滯后。因此，為解決存在的這一系列問題，將石墨烯和其他材料進行復合制作成石墨烯基復合負極材料成為現在鋰電池研究的熱點和鋰電負極材料發展的一個方向。
對于鋰電負極材料而言，過渡金屬氧化物或具有前景的Si基材料進行石墨烯摻雜后在比容量、電壓特性、內阻、充放電性能、循環性能、倍率性能等電化學性能方面已經表現出了優異的特性。石墨烯基中雜原子摻雜引入了更多的表面缺陷，提高石墨烯材料的電導率，得復合材料擁有更優良的性能。