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綜觀現有的鋰離子電池制程，正極材料方面普遍采用聚偏氟乙烯(PVDF)為電極活性物質黏結劑，N-甲基吡咯烷酮(NMP)則為PVDF以及混漿的溶劑；在負極方面，使用水作為黏結劑與混漿溶劑，大部分使用羧甲基纖維素(CMC)以及丁苯橡膠(SBR)為黏結劑的主成分。結合上述幾項要求，若要將石墨烯順利導入鋰離子電池應用，****方案是將石墨烯預先均勻分散在NMP與水的溶劑中，且最好不要使用現有成分以外的材料作為添加劑。在這個前提下，若能進一步提供濃縮分散溶液，更可以進一步降低運輸成本。圖3為石墨烯應用于鋰離子電池的示意圖。
石墨烯應用于電化學元件示意圖至于在石墨烯NMP懸浮溶液方面，市場上已有可提供最高濃度達6wt%的石墨烯懸浮溶液，且無添加其他任分散劑，在使用時只需要以NMP稀釋至所需濃度，即可順利銜接既有制程；在水性懸浮溶液方面，市場上也有可提供濃度為5wt%的中性水性懸浮液，雖然石墨烯因疏水性而需要添加分散劑輔助，但是分散劑均可于3.8V下穩定循環操作，而不會對電極材料或鋰離子電池產生不良影響。礙于篇幅，下面簡述石墨烯NMP懸浮溶液導入各種不同正極材料的結果。
石墨烯懸浮液有效強化正極材料
碳黑是目前使用最為廣泛的鋰離子電池導電劑，主要采用有機物(天然氣、重油等)不完全燃燒或受熱分解而得到，并通過高溫處理以提高其導電性與純度。石墨也是由碳構成，它是碳元素的一種同素異構體，石墨的導電性主要取決于它的含碳量、石墨化程度、粉體顆粒大小還有形態等因素。一般傳統添加在電池電極中的導電劑為碳黑而非石墨，其主要因素除了所加導電粉本身的導電性外，還與導電粒子在復合物中的分布狀態有關。同等質量的碳黑和石墨，由于碳黑的比重比較小，在復合材料中占據了更大的體積分率，有利于形成導電網路，從而獲得比石墨做填料更好的導電效果。石墨烯相對于碳黑，如圖4所示，除了在同等質量的情況下擁有更大的體積分率以及導電網路外，由于吸油量高達250ml/100g，也有利于電解質的吸附，加上石墨烯具有柔韌性，具有更好的壓縮性，有利于電池極片的加工，增加電池的體積能量密度。
但在實際充電過程中，當x>0.5時，將使LiCoO2產生相變化，LiCoO2的結構將由六方晶相(Hexagonal)轉變為單斜晶相(Monoclinic)，造成晶格膨脹約2.6%，使結構不穩。此材料于充放電截止電壓4.2V及2.7V，充放電速率0.2C測試下，實際可用電容約為140mAh/g，因此LiCoO2實際可用電容量只有理論值的一半。盡管如此，由于鈷酸鋰生產制程相對簡單，又具有電化學穩定性，是最早量產化導入應用的正極材料，在目前電子消費產品的電池市場中仍居首位。但是隨著對于電容量提高以及快速充電的需求，鈷酸鋰材料已經達到了瓶頸，目前唯一的解決辦法就是提高操作電壓至4.5V，但電池本身的充放電就是一個電化學反應，有反應就一定有逆反應的存在，當電池在高功率的充放電時，若鋰離子無法及時嵌入嵌出，就會在本身的材料中造成不可逆的電容使得電池極化，而石墨烯的功用之一就在于當有高功率需求時，利用其二維結構，以提供電子能夠快速的通道；其功用之二，當電池因應需求而提高操作電壓的同時，鋰離子會因為高電壓壓榨電容量，使得鋰離子嵌入嵌出的同時因體積膨脹太多造成電池材料的崩解，透過石墨烯的保護，以確保高導電性材料的特性持續存在，維持長時間循環壽命。如圖5所示，當添加量為傳統碳黑的一半時，在1C充放電且在4.5V高電壓的環境下電容量有15%的提升，即使在2C充放電下仍有穩定的電容量可提供，正迎合3C電子產品對電力的需求。
三元正極材料三元材料是鎳鈷錳酸鋰的簡稱，化學式為Li(NiMnCo)O2，是由鎳鹽、鈷鹽與錳鹽為原料，依實際需要調比例后產生的共熔體。以三元材料做為正極的電池比鈷酸鋰電池較為安全，且成本低廉，電容量本身也不輸鈷酸鋰電池(>150mAh/g)，工作電壓與現有電解液匹配(4.1V)，缺點是平臺比鈷酸鋰低，適用的范圍為動力電池與小型電池。三元系材料被認為是介于磷酸鐵鋰與鈷酸鋰的中間材料，在成本比鈷酸鋰電池還便宜的優勢下，又有較好的高速率充放電條件，是它的優勢所在。三元系材料主要問題在于熱失控溫度較低(約190～200℃)、材料貼覆性差與導電度不佳等，而若為了降低導電度不佳的問題進行縮小粒徑，又會引起比表面積過高導致吸濕快、材料不穩定的副作用。因此，為解決導電上的問題，使用石墨烯作為導電碳材，對三元系正極材料有著顯著的效能提升。如圖6所示，在100次充放電測試中，相對于使用傳統碳黑為導電劑的對比，添加0.5～2.5wt%石墨烯懸浮液的三元系材料有效延長了材料壽命。
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