钛氧化物Li₄Ti₅O₁₂可以看成反尖晶石结构，属于Fd3m空间群,FCC面心立方结构。在Li₄Ti₅O₁₂晶胞中，32个O²⁻按立方密堆积排列。占总数3/4的锂离子Li⁺被4个氧离子近邻作正四面体配体嵌入间隙,其余的锂离子和所有钛离子Ti⁴⁺(原子数目1∶5)被6个氧离子近邻作正八面体配体嵌入间隙,Ti⁴⁺离子占据16d的位置，结构又可表示为Li[Li₁/₃Ti₅/₃]O₄，如下图所示。Li₄Ti₅O₁₂为白色晶体,晶胞参数a为0.836nm,电子电导率为10⁻⁹S/m。
在充放电时,Li⁺在Li₄Ti₅O₁₂电极材料中发生嵌入/脱出时.电化学反应如下:
在充电时Li⁺嵌入Li₄/₃Ti₅/₃O₄晶格时,Li⁺首先占据16c位置,同时Li₄/₃Ti₅/₃O₄晶格中原来位于8a的Li+也开始迁移到16c位置,最后所有的16c位置都被Li⁺所占据,充放电曲线如下图所示。
不同电流密度下的典型充放电曲线
Li₄Ti₅O₁₂可逆容量的大小主要取决于可以容纳Li⁺的八面体空隙数量,1mol的Li[Li₁/₃Ti₅/₃]O₄最多可以嵌入1mol锂.理论比容量为175mA·h/g,实际比容量为150~160mA·h/g。在充电过程中,Li₄Ti₅O₁₂逐渐转变为Li₇Ti₅O₁₂结构,晶胞体积变化仅0.3%,因此Li₄Ti₅O₁₂被认为是一种“零应变”材料,具有优异的循环性能。同时Li₄Ti₅O₁₂不与电解液反应,具有较高的锂离子扩散系数(2×10⁻⁸cm²/s),可高倍率充放电。但是Li₄Ti₅O₁₂制备的锂离子电池的电压较低,能量密度较小,并且存在胀气问题,阻碍了钛酸锂在动力锂离子电池中的应用。
