本发明属于电池和能源材料技术领域，具体涉及一种磷酸钛钠空心纳米球壳材料及其制备方法和应用。本发明采用模板法结合水热过程制备出不同结构的磷酸钛钠空心纳米球壳，空心结构和纳米尺寸既提升材料的比表面积，又能够缓和充放电过程中的应变，在大电流密度下更快的充放电，提升材料循环稳定性和倍率性能；纳米颗粒组装的空心球壳具有多介孔结构利于钠离子脱嵌，提供更多的活性位点，缩短传输路径，提高钠离子迁移速率；单壁球壳具有更加稳定的界面和可控的壁厚，同样提升了磷酸钛钠的电化学性能；总之该发明有效提升磷酸钛钠作为钠离子电池负极材料的电化学性能，并且有望应用在其他储能领域。