本发明提供一种锂金属电池用三维碳基纤维复合材料及其制备方法。所述三维碳基纤维复合材料包括：三维碳纤维膜，包括至少一中空碳纤维；纳米颗粒，至少负载于所述中空碳纤维的内腔中，所述纳米颗粒的材质包括亲锂性物质或者所述纳米颗粒能够与锂金属反应形成亲锂性物质。本发明提供的三维碳基纤维复合材料作为锂电池的负极集流体时，具有良好的亲锂性，有效降低局域电流密度，降低锂金属的成核能垒，并且可以均匀化锂离子通量，实现锂金属的均匀沉积，抑制锂枝晶的形成，从而提高锂金属电池的长循环性能和安全性。