本發(fā)明公開了一種三維石墨烯/硅復合體系、其制備方法及應用。所述制備方法可以包括：將過渡金屬單質(zhì)和/或含過渡金屬元素的化合物與硅納米顆粒復合，之后在還原性氣氛中高溫還原，制得三維多孔金屬催化劑模板/硅復合體系，再利用化學氣相沉積法，在該復合體系上生長三維石墨烯，獲得帶有催化劑骨架的三維石墨烯/硅復合體系，之后進行刻蝕處理，獲得三維石墨烯/硅復合粉體。本發(fā)明的三維石墨烯/硅復合體系不僅體積效應小、電子電導率高、柔韌性強，還具有優(yōu)異的導熱和力學性能，具有廣泛的應用前景，特別在應用于鋰離子電池負極材料時，能夠在保證電極容量的條件下，提高電池的循環(huán)壽命和穩(wěn)定性，且其制備工藝簡單、效率高，適合大規(guī)模實施。