本發(fā)明實施例公開了一種多層石墨烯表面垂直生長納米碳管的三維多孔碳材料、制備方法及應用其的鋰離子電池，其中一種多層石墨烯表面垂直生長納米碳管的三維多孔碳材料的制備方法，包括以下步驟：S10，在石墨烯表面采用π?π作用沉積高密度分布的鐵錳氧化物納米顆粒；S20，采用化學氣相沉積方法生長垂直于石墨烯的納米碳管得到三維多孔碳材料。本發(fā)明制備的三維多孔碳材料可以解決石墨烯和納米碳管在烘干過程中的團聚問題，在作為鋰電池負極時，三維碳網(wǎng)絡能有效提高碳材料的電子傳導能力，而多孔性能提高離子的轉移能力，充分發(fā)揮了納米碳管和石墨烯的鋰離子存儲能力。