本发明涉及锂离子电池电极材料技术领域，提供了一种高循环稳定性的一体化自支撑SiOx/石墨烯复合膜的制备方法和应用。包括以下步骤：提供微米级SiOx的分散液、单片层氧化石墨烯的分散液和碳纳米管水性分散液；将SiOx分散液、单片层氧化石墨烯的分散液和碳纳米管水性分散液混合均匀后抽膜，得到SiOx/碳纳米管/氧化石墨烯复合膜；将所得到的SiOx/碳纳米管/氧化石墨烯复合膜进行自蔓延还原反应，得到一体化自支撑SiOx/碳纳米管/石墨烯多孔复合膜。按照本发明的制备方法能够简单快速制备一体化自支撑SiOx/碳纳米管/石墨烯复合膜，可直接用作电极，无需集流体和粘结剂，且作为锂离子电池负极时具有较高的比容量和循环稳定性。