钛酸铁锂是一种新型的锂离子电池负极材料，化学式为Li4Ti5O12，因其独特的尖晶石结构而备受关注。与传统石墨负极相比，这种材料在充放电过程中体积变化率不足1%(理论膨胀系数0.2-0.3%)，具有显著的结构稳定性优势。需要重点关注的是它的工作电压平台(1.55V vs Li+/Li)，这个特性虽然降低了电池能量密度，却从根本上解决了锂枝晶生长带来的安全隐患。
在快充性能方面，钛酸铁锂展现出惊人优势，其锂离子扩散系数高达2×10^-8 cm²/s，是石墨材料的数十倍。这使得搭载该材料的电池能在6-10分钟内完成快速充电，循环寿命更可达到10000次以上(容量保持率＞80%)。特别在低温环境下(-30℃)，它仍能保持85%以上的容量，远优于常规锂电材料的性能表现。这些特性使其非常适合应用于电网储能、特种车辆等对安全性要求苛刻的领域。
从微观结构来看，钛酸铁锂的三维离子通道为其卓越性能提供了理论基础。材料中钛(Ti)元素的价态变化(+4/+3)构成了稳定的氧化还原对，而锂离子的嵌入脱出不会破坏晶体框架，这种"零应变"特性是突破循环寿命瓶颈的关键。值得注意的是，虽然其理论比容量较低(175mAh/g)，但通过纳米化处理和碳包覆等改性手段，实际应用中的倍率性能已得到显著提升。
在产业化应用过程中，钛酸铁锂面临着能量密度偏低(约60-80Wh/kg)和成本较高的问题。特别是与目前主流的三元材料相比，其单位能量成本高出约30-40%。但随着制备工艺的改进，比如采用固相法降低烧结温度(传统工艺需800℃以上)，以及开发新型电解液体系，这些问题正在逐步得到缓解。未来在轨道交通、军工等特殊领域的应用前景仍然十分广阔。
