鋰電池起火的原因在于電池快速循環或充放電，以及電池內積聚的高溫。上述情況會導致電池內部的陰極（大多數情況下，陰極都是含有鋰的氧化物，通常是鋰鈷氧化物）分解并釋放氧氣。而電解質在高溫下會分解釋放出易燃品，如果氧氣與此類易燃品相結合，就會發生自燃。

伊利諾伊大學芝加哥工程學院機械和工業工程副教授兼該論文的通訊作者RezaShahbazian-Yassar表示：“我們認為，如果有一種方法，可以防止陰極釋放的氧氣與電池內其他易燃品相結合，我們就可以降低起火的可能性。”

結果發現，石墨烯材料就是完美的解決方案，石墨烯是一種具有獨特性質的超薄碳原子層。Shahbazian-Yassar與他的同事以前曾使用過石墨烯調節鋰金屬電池電極上積聚的鋰。

Shahbazian-Yassar與他的同事都知道，氧原子無法從石墨烯片中滲出。此外，石墨烯還具有強度高、柔韌性好、可導電等優點。他們認為，如果用石墨烯將鋰電池的鈷酸鋰陰極小顆粒包裹起來，就可能阻止氧氣逸出。

首先，研究人員用化學方法改變了石墨烯，使其具有導電性。接下來，他們將鈷酸鋰陰極電極的微小顆粒包裹在導電的石墨烯中。當研究人員使用電子顯微鏡，觀察被石墨烯包裹的鈷酸鋰顆粒時發現，與未包裹石墨烯的顆粒相比，在高溫下，釋放的氧氣明顯減少。

接下來，研究人員將被石墨烯包裹的顆粒與粘合材料相結合，形成了一個陰極，集成至鋰金屬電池中。當研究人員測量電池循環過程中氧氣釋放情況時發現，即使在非常高的電壓下，也幾乎沒有氧氣從陰極中逸出。即使在200次充放電循環之后，鋰金屬電池的表現仍然很好。

Sharifi-Asl表示：“與傳統的鋰金屬電池相比，陰極包裹了石墨烯的電池在快速循環后僅損失了約14%的容量，而在相同條件下，傳統鋰金屬電池的性能下降了約45%”。

Shahbazian-Yassar表示：“石墨烯是阻止氧氣進入電解質的理想材料。該材料不透氧、可導電、具柔韌性，強度高，能夠承受電池內部條件。而且其只有幾納米厚，因此不會額外增加電池的質量。我們的研究表明，在陰極中使用石墨烯可減少氧氣的釋放，可能是將電池起火風險顯著降低的一種方法，而此類電池為手機和汽車提供動力”。由于負極比容量比正極高得多，所以提升電池容量主要依靠改善負極組成。當前商業化的鋰離子電池負極材料為石墨，其作為新能源汽車用動力電池，存在以下問題：（1）續航里程短，當前主流純電動車續航里程在300km以內；（2）充電時間長，即使使用最先進的充電技術，充電時間也往往在30min以上；（3）能量密度低，主要集中在150W·h/kg左右，即使采用高鎳三元正極，也只能做到220W·h/kg。基于此，我國“十三五”新能源汽車試點專項的共性關鍵技術類研究項目“高比能量鋰離子電池技術”提出：到2020年，電池單體能量密度≥300W·h/kg，循環壽命≥1500次，成本≤0.8元/（W·h），安全性能達到國標要求。