锂烯电池是以石墨烯复合纳米材料制成正极，以涂层金属锂为负极，再使用陶瓷纤维隔膜，滴防燃爆电解液组成，涂层的锂片抑制了锂枝晶的生长，陶瓷纤维隔膜可防止意外的枝晶穿透、防燃爆电解液抑制了起火，爆炸的意外发生。
将石墨烯包覆锂离子正、负极材料技术应用到动力电池上，有望提升目前三元锂离子电池单体能量密度（约200瓦时/千克），达到《智能汽车关键技术产业化实施方案》提出的2020年车用动力电池能量密度指标300瓦时/千克的目标。
以机械石墨烯为主要新材料制成正极，以涂层金属锂为负极，组成锂烯电池，经过一千多次循环，结果证明，比容量初始最高可达1800mAh/g，100次时稳定在1200mAh/g以上，约等于一般锂电池的4～5倍。200次时稳定在1100mAh/g，400～00次也一直稳定在1000mAh/g以上，至700～800次，都是在900mAh/g以上，至1100次时，也还有700mAh/g以上的比容量，比一般的锂电池高出两三倍。2019年又有了显著进展，在比容量提升至2700mAh/g以上的同时，也感受到了锂烯电池的能量还有很大的上升空间。
目前，三星下一代旗舰机型GalaxyS9将使用石墨烯材质电池来取代现有的锂电池，这类电池可以在12分钟内完成充满电，而且可以在高达60摄氏度的环境中保持高度稳定性。这也就使得这一材料电池不仅十分适用于智能手机，还非常适用于电动汽车。
三星研究所已经找到了将石墨烯与二氧化硅大规模结合起来的方法，完成融合的材料被称为“石墨烯球”，有着类似爆米花的结构。这种技术既提高了电池的稳定性，又提高了电导率，大大提高了阴极的可循环性和快速充电能力。更重要的是，其能量密度接近800Wh/L，大约与特斯拉所使用的锂离子电池等一样。美国俄亥俄州的Nanotek仪器公司利用锂离子电池在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出一种新的电池。这种新的电池可把数小时的充电时间压缩至短短不到一分钟，容量大，充电速度快，是石墨烯电池最大的优势，未来一分钟快充的石墨烯电池实现产业化后，将带来电池产业的变革，从而也促使新能源汽车产业的革新。
以动力电池领域为例，石墨烯是具有良好应用前景的锂动力电池正负极材料。同时，石墨烯聚合材料动力电池的重量仅为传统动力电池50%，成本将比锂动力电池低77%。从性能来看，石墨烯锂动力电池充电一次，耗时也不超过10分钟。
对于未来新能源汽车动力电池的讨论，最靠谱、讨论最多的要属石墨烯动力电池，将一些专业角度的解读“翻译”一下就是：用这种材料结合锂动力电池有两种使用方法，一是用石墨烯的复合材料作为锂动力电池的导电剂，二是直接用作负极，效果都是增加锂动力电池的活性，从而提升电动汽车的续航里程、充电速度。
目前常见的三元材料锂动力电池能量密度在180～200mAh/g，而石墨烯聚合材料动力电池的能量密度则可以超过600mAh/g。也就是说，如果将特斯拉P85上的动力电池替换为同等重量的石墨烯动力电池，其续航里程将达到约1500km，是原来的3倍。除了能量密度高，石墨烯动力电池的充电速度也要比锂动力电池快很多，可以有效解决充电时间长的问题。石墨烯动力电池的寿命可以达到锂动力电池的2倍，采用石墨烯动力电池将能够有效降低电动汽车的成本，进而提升市场竞争力。