本发明涉及储能材料技术领域，尤其涉及一种原子级分散镍基催化剂及其制备方法与应用，原子级分散镍基催化剂包括：基体、负载于所述基体上的金属镍单原子和/或镍团簇；所述基体为还原的氧化石墨烯；所述还原的氧化石墨烯掺杂有氮元素。本发明利用金属镍单原子和/或镍团簇活性位点均匀地分布于碳基体之间，同时引入氮元素提高了材料内部缺陷程度，与金属镍位点形成配位结构，产生区域活性，增强了材料催化性能及对锂的亲和性。并且所述原子级分散镍基催化剂具有丰富的孔隙结构和比表面积，增大了电极与电解液间的接触面积，缩短了离子和电子的传输路径，有效的改善了三相界面问题，同时也为放电产物的容纳提供了更多的位点。