随着传统能源的日益消耗以及近年来环境问题逐渐被人们所重视,清洁能源行业得到了飞速的发展,对储能元件的性能也提出了更高的要求,传统的储能元件已经开始显现出其局限性,超级电容器作为新一代储能元件,逐渐走进了人们的视野。本论文着力于超级电容单体性能的提高,研究内容包括集流体表面改性技术对电容单体性能的影响、电极材料涂布厚度对电容单体内阻的影响、活性炭材料比表面积与孔径分布对材料比电容的影响等,在研究结果的基础之上,设计并且制备了不同类型的大容量超级电容器单体。使用了电火花放电的方法处理集流体表面,极大地降低了集流体与电极材料的接触电阻,使得电极片电阻的测量更加精确,在此基础上分析了极片厚度对电容器内阻的影响。为了探究电极材料涂层厚度对电极材料的比电容、能量密度、电容器内阻、峰值功率以及循环性能的影响,制备了不同涂层厚度的样品,使用了恒流充放电（GCD）、循环伏安（CV）、电化学交流阻抗图谱（EIS）等手段对样品进行了较全面的测试,分析实验结果发现:电极材料的比电容、能量密度与电极材料涂层厚度呈现非线性关系,当涂层厚度为88.2μm时,二者达到最大值,分别为122.5 F?g^-1,38.5 Wh/kg,也就是说,此涂层厚度可以作为能量型超级电容器的最佳电极材料涂层厚度;电容器的内阻、峰值功率以及循环性能与电极材料涂层厚度呈现非线性关系,当涂层厚度为61.1μm时达到最佳,分别为0.126Ω,14.46W,92.9%,此涂层厚度可以作为功率型超级电容器的最佳电极材料涂层厚度;为了从理论上解释内阻与电极材料涂层厚度的关系,建立了一个数学模型来描述电荷在孔隙以及传输通道中的扩散过程,实验结果也充分验证了此模型的可靠性。由模型计算得到,使得内阻最小化的涂层厚度应为53.1μm。测试了四种活性炭样品的比表面积与孔径分布等参数,以及其作为电极材料的比电容。等温吸脱附曲线（Ⅳ型）与密度函数理论（DFT）孔径分布结果显示,虽然四种材料的孔径类型有所区别,但都存在大量的微孔和中孔结构。通过对比各样品的比电容与比表面积,发现比表面积并不是决定材料比电容的唯一标准。因为微孔范围内有很大一部分孔径小于电解液中的带电离子尺寸,所以不能够存储电荷,致使这部分微孔没有贡献电容量。为了确定活性炭材料提供比电容的孔径分布范围,假定活性炭材料的电容量与能够存储电荷的孔隙面积或者孔体积成线性关系,在此基础之上计算了在不同孔径分布下的比表面积和孔体积与比电容的线性相关性,确定了活性炭材料提供电容量的孔径分布为1.2-50nm。在前两章的研究基础上,研究开发了300F软包装、3000F软包装以及4000F铝壳封装的超级电容单体制备工艺流程,包括电极浆料混合、电极材料涂布、极片设计、极耳设计、超声焊接、激光焊接、真空注液等工艺。对制备的超级电容单体进行了电化学性能测试:300F单体在1A放电电流下的实测容量为333F,等效串联内阻为1.5mΩ,能量密度为4.54Wh?kg^-1,峰值功率密度为25.9kW?kg^-1;3000F单体在4A放电电流下的实测容量为2950F,等效串联内阻0.375mΩ,能量密度为3.31Wh?kg^-1,峰值功率密度为8.45kW?kg^-1;4000F单体在4A放电电流下的实测容量为4258F,等效串联内阻0.43mΩ,能量密度为5.6Wh?kg^-1,峰值功率密度为7.4kW?kg^-1,在50A大电流放电时,单体仍保持3609F的电容量,此时内阻为0.44mΩ,能量密度为4.2Wh?kg^-1,峰值功率密度为7.68kW?kg^-1。将国际领先的工业化产品在同样条件下测试,对比实验结果发现,虽然实验室制备的电容器在内阻以及峰值功率密度方面稍差,但是能量密度较高。