本实用新型公开了一种石墨烯薄膜电池，包括由上至下依次设置的正极片层、石墨烯正极缓冲层、透明导电氧化物层、导电层、正极活性层、隔膜、电解质层、氧化锌缓冲层、负极片层和聚甲基丙烯酸甲酯基层，所述隔膜包括与正极活性层依次连接的第一基底层、碳纳米管导电层和第二基底层，第一基底层和第二基底层上分别开设正方形通孔。本实用新型提供的石墨烯薄膜电池，正电极片和负电极片采用片状石墨或石墨烯材料制成，替换传统电池中的正负极，有效提高电池的导电性，隔膜强度高，且通过设置碳纳米管导电层进一步提高导电性，提高电池充放电性能，抗击穿能力高，不会出现正负极短路问题，安全性高，电池使用寿命长，应用前景广阔。