超级电容器作为一种新型储能元件,有着非常广阔的应用前景。超级电容器的工作机制不同于传统电池和静电电容器,它具有超高电容量、高功率密度、快速充放电、无污染、循环寿命长、低温性能越优等优点。一个理想的超级电容器需要具备良好的电气性能,包括：大的比电容、宽的工作电位区间和小的欧姆阻抗。超级电容器的电气性能受其电化学行为和热行为的影响,这些行为表现主要由材料、结构和运行环境所决定,它们既相互影响又相互制约。本文针对卷绕式超级电容器单体的结构和运行环境进行研究,在深入总结、分析超级电容器建模的基础上,利用有限元多物理场分析软件COMSOL Multiphysics对其电化学模型和热模型进行建模与耦合,深入分析其多物理场动力学行为。本文首先建立了以电化学理论为基础的电化学模型,在COMSOL环境下建立仿真模型,利用有限元法计算分析其不同恒流充放电状态下的电化学场时间-空间分布情况,并通过恒电流循环技术计算获得其电气性能参数。该方法可以模拟出超级电容器内部的微观动态和外部的宏观表现,为器件的虚拟动态研究提供了新方法。其次,建立了以热力学理论为基础的热模型,并实现了与电化学模型的电化学-热耦合,利用COMSOL建立有限元仿真计算模型,模拟了超级电容器的温度场时间-空间分布,分析了电流密度与热对流系数对超级电容器温度场的影响。最后基于以上的多物理场研究理论与方法,通过改变卷绕式超级电容器的封装单元结构,研究了单元结构对其电气性能和热性能的影响,并根据不同的应用环境提出了相应的优化建议,实现了对超级电容器单体的虚拟优化设计研究。