本发明公开了一种卤素离子掺杂钛空位二氧化钛的合成方法及其应用，本发明采用溶剂热法合成了卤素离子掺杂钛空位二氧化钛，具体方法如下：以有机醇类试剂为溶剂、含钛试剂为钛源，氢卤酸作为掺杂剂制备得到卤素离子掺杂的钛空位二氧化钛。然后采用三电极电池装置对卤素离子掺杂钛空位二氧化钛的电化学性能进行了测试，与商业二氧化钛相比，具有阳离子空位结构的二氧化钛的储能机制主要以Al3+的脱嵌反应为主，阳离子空位的存在极大的提高了材料的电化学活性和导电性，赋予了材料更优异的循环稳定性与高的能量密度。