雙三氟甲磺酰亞胺鋰（LiTFSI）可以溶于水，但在室溫下溶解度相對較低，大約在 1.0 - 1.5 mol/L 左右。這主要是由于其龐大的、疏水性強的 TFSI? 陰離子限制了其水合作用。它主要應用于非水有機溶劑電解液中，在那里表現出優異的溶解度和性能。

正常情況下， LiTFSI 確實能溶解在水中形成溶液。它不是完全不溶的。 在室溫（25°C）下，其溶解度大約在 1.0 - 1.5 mol/L (摩爾/升) 或 約 28 - 42 wt% (重量百分比) 范圍內。這個數值會隨溫度升高而增加。

原因也很簡單，TFSI? 陰離子（(CF?SO?)?N?）非常大，并且其外圍被六個強疏水的氟原子（來自兩個 -CF? 基團）包圍。這大大降低了陰離子與水分子形成有利相互作用（如水合作用）的能力，是限制溶解度的主要因素。Li?離子很小，具有較高的電荷密度，與水分子有很強的相互作用（水合作用），這部分有利于溶解。

與 LiTFSI 相比，LiCl的溶解度極高（> 20 mol/L）。LiPF? 雖然也用于有機電解液，但它在水中會劇烈水解，溶解度本身不是主要問題。LiOTf (三氟甲磺酸鋰, LiCF?SO?)的陰離子較小（只有一個 -CF?），溶解度顯著高于 LiTFSI（> 4 mol/L）。

LiTFSI 最主要的應用是在非水有機電解液（如鋰離子電池、超級電容器）中。在這些體系中，它通常具有極高的溶解度和優異的導電性，并且在許多有機溶劑中表現出良好的電化學穩定性。其在水中的較低溶解度限制了它作為水系電解質主鹽的應用，不過有時會在特定研究或應用中少量使用。