本发明涉及一种梯度结构固态电解质膜及其制备方法和应用，涉及锂二次电池技术领域。本发明的梯度结构固态电解质膜由底层电解质膜、中间层电解质膜和顶层电解质膜复合得到，分别将不同比例的快离子导体、聚合物和锂盐混合，得到浆料A和浆料B。在基底上涂覆所述浆料B，形成底层电解质膜，之后，在所述底层电解质膜上涂覆所述浆料A，形成中间层电解质膜，之后，在所述中间层电解质膜上涂覆所述浆料B，形成顶层电解质膜，即得到梯度结构固态电解质膜。本发明能够较为精确地控制电解质膜各层厚度，改善固态电解质薄膜与电极的接触情况及抑制锂枝晶生长双重效益，降低循环极化，提升电池寿命。