一种用于锂电池的双层固态电解质薄膜及其制备方法，涉及固态电解质薄膜及其制备方法。它是要解决现有的全固态锂电池中复合电解质电化学性能较差、电解质和负极之间界面兼容性较差的技术问题。本发明的电解质薄膜由复合固态电解质层和柔性聚合物固态电解质层组成。制法：将氧化物类锂离子导体型填料用表面处理剂包覆，然后与聚合物、锂盐制备复合固态电解质溶液；用聚合物和锂盐制备柔性聚合物固态电解质溶液；先将复合固态电解质溶液刮涂在平板基底上，再刮涂柔性聚合物固态电解质溶液，干燥后得到双层固态电解质薄膜。组装的全固态锂电池在3.0～4.2V电压内，室温下0.5C循环130圈的容量保持率为90.0％，可用于锂电池领域。