本发明公开了储能聚合物电介质及其制备方法和应用。该储能聚合物电介质包括:聚合物电介质基膜和金属氧化物薄膜。其制备方法包括:预先洁净电介质薄膜,然后在Ar和O-(2)混合气氛中,以金属氧化物为靶材,采用磁控溅射,在洁净的聚合物电介质基膜上沉积金属氧化物薄膜。本发明提出的储能聚合物电介质制备及充放电效率提升方法具有以下优点:沉积速率快,升温小,对聚合物电介质基膜损伤小;溅射的薄膜与聚合物电介质结合性好;溅射的金属氧化物纯度高,成膜致密且均匀性好;溅射后制得的复合储能电介质较之原基膜,充放电效率大幅提升,击穿强度也有改善;该工艺具有良好的重复性、薄膜制备参数容易调节,具有实现工业化的潜力。