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软磁材料:电动汽车、绿色能源转型拉开需求大幕
发布:2022-5-23
一、EV/绿色能源提质扩容,软磁材料迎来快速迭代放量


1.1 软磁材料品种繁多,产品需求与材料技术与时俱进


磁性材料指能在磁场激发下产生磁性能的材料,主要分为软磁(多用于电气电路控制)、 永磁材料(多用于高性能电机)等。(1)软磁材料:是具有低矫顽力和高磁导率的磁性 材料,易于磁化,也易于退磁,从磁滞回线上反映更加细长,其主要功能是导磁、电磁 能量的转换与传输,广泛用于各种电气电路,尤其伴随 EV/绿色能源转型,电气电路功 率传输与控制需求大幅提升,催化软磁材料需求及技术工艺快速迭代;(2)永磁材料:(又称硬磁材料)具有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁的特性,具备转换、传递、处理、 存储信息和能量等功能,应用范围广泛,如汽车、家电、工业电机等领域对永磁材料有 着广泛需求。


软磁材料主要可分为金属软磁与铁氧体软磁:金属软磁中,工业纯铁、硅钢、坡莫合金 出现最早,后续逐步发展出非晶、纳米晶、磁粉芯等高端软磁材料。铁氧体软磁材料出 现时间较早,目前主要包含锰锌、镍锌、镁锌三类。


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衡量软磁材料性能的指标优劣主要指标包括:电阻率、磁导率、饱和磁感应强度、直流 偏置特性等。软磁材料技术迭代总体围绕以下四大核心参数优化:1)电阻率(ρ):由 于电磁感应现象存在,交变磁场中磁体内部产生涡流(抵抗磁场变化)从而导致热损耗, 高电阻率有益于降低涡流损耗;2)磁导率:磁导率表征软磁体对外界信号的灵敏性,高 磁导率有益于电气元件小型化;3)饱和磁感应强度(Bs,饱和磁密):饱和磁密是磁性 材料磁化到饱和时的磁感应强度,反映磁材储存磁场的能力,高饱和磁密是元件小型化 的另一指标;4)直流偏置特性:由于交流电力系统中存在直流电成分,会导致磁导率衰 减,直流偏置特性表征材料抗直流信号干扰能力,该值越高越好。


随着电气应用领域向高频化演进,涡流损耗发热成为绕不开的问题,提升电阻率的重要 性日益提升。不同的磁性材料在不同的频率范围内,各类损耗所占比例有所不同,电气 功率传输领域(非晶、纳米晶、磁粉芯对应的主要应用领域)主要集中在音频范围(20- 20kHz),在此范围内,磁损耗以涡流损耗为主,涡流损耗与频率平方(f 2)成正比,电阻 率(ρ)成反比,因此高电阻率的要求日益提升。


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1.2 软磁材料的发展沿着高电阻率、高磁导率、高饱和磁密方向演进


软磁材料发展呈现产品需求与材料技术与时俱进的格局,高功率、小型化、低损耗等应 用要求不断提升下,软磁材料高电阻率、高饱和磁密、高磁导率性能提升是未来的发展 方向。软磁材料低损耗核心在于提升电阻率,小型化的核心在于高饱和磁密、高磁导率, 硅、铝、镍等元素的加入使得材料电阻率、磁导率等部分性能提升,但饱和磁感应强度 降低(铁元素 Bs 最强),因此优化材料配方、工艺,综合考虑成本因素是行业发展的永 恒追求。



按照电力工业与电子工业划分,可将软磁材料发展归为两条主线:


电力工业:低碳钢-硅钢-非晶


低碳钢:19 世纪末期,人们开始使用低碳钢制造电机和变压器,低碳钢的优点在于 饱和磁感应强度极高,可达 2.15 T,且成本非常低,缺点在于电阻率很低(10 -4μ Ω·cm),故仅适用于直流及低频领域。



硅钢:相较低碳钢电阻率提升使得涡流损耗降低。20 世纪初,通过在纯铁中加入少 量的硅(一般在 4.5%以下)形成的铁硅系合金(硅钢),相较纯铁电阻率大幅提升 (50μΩ·cm),电网工频(50Hz)应用中涡流损耗大幅降低,至今硅钢片在电力 工业中的使用仍居首位。


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非晶合金:相较硅钢电阻率和磁导率更高,高效节能效果更佳。伴随电力工业高效、 节能需求(尤其降低空载损耗)快速提升,电力变压器对更高电阻率、高磁导率需 求日益迫切,非金合金逐渐成为电力变压器工业重点发展方向。1989 年美国联合信 号公司开始批量生产非晶合金带材,2003 年日立金属从霍尼韦尔收购其非晶业务 并发展为全球龙头。非晶合金是采用液态骤冷技术得到金属原子呈长程无序、短程 有序的非晶排列;相较硅钢,非晶合金的电阻率(140μΩ·cm)和磁导率更高, 在配电变压器领域应用可大幅降低空载涡流损耗。


电子及新能源行业:坡莫合金(铁镍)-铁氧体-纳米晶-磁粉芯


坡莫合金(铁镍系):20 世纪初,电话技术等弱电工程对软磁材料高磁导率的要求 日益提升,坡莫合金(Fe-Ni 系)由于高磁导率的优点得到广泛应用,适用于弱信号 的低频或中高频领域。但该材料含 Ni 量较高(34%~84%,纯镍金属),因此成本较 高。


软磁铁氧体:具有最高的电阻率,高频射频(信号传输)领域难以替代。20 世纪 40 年代,随着电子产品等高频应用需求提升,铁氧体在所有软磁材料中具有最高的电 阻率(10 7μΩ·cm),可应用于音频到射频段(1KHz-300MHz),但该材料饱和磁感 应强度低,因此仅适用于高频低功率场景。


纳米晶合金:高饱和磁密、高磁导率、高温度稳定性等综合性能优异,可实现电子 器件小型化。1988 年日本日立金属公司的 Yashizawa 等人在非晶合金基础上通过晶 化热处理开发出纳米晶软磁合金(Finemet),纳米晶的突出优点在于兼备了铁基非晶 合金的高饱和磁感应强度和钴基非晶合金的高磁导率、低损耗,应用于高频电力电 子领域可减小体积、降低损耗,目前已在智能手机无线充电、新能源汽车电机等产 品端实现规模化应用。


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成本因素同样是终端需求的重要考量,非晶相较硅钢目前已具备价格优势,铁镍系软磁 由于成本过高应用领域受限。1)非晶与硅钢价差逐步收窄:近年来,随着非晶带材制造 工艺的不断成熟,国内企业逐步打破日立金属在我国非晶带材市场的垄断地位,且硅钢 向高性能取向硅钢发展,成本亦逐步提升,目前非晶带材与硅钢终端售价均在 1-1.5 万 元/吨。2)纳米晶、磁粉芯:两者相较铁氧体价格偏高,但考虑小型化的性能优势,终 端应用成本或更低,且安全性,小型化是产品“刚需”,终端厂家对成本考量优先级相对 靠后。3)坡莫合金:由于镍元素存在,且占比高达 34-84%,终端售价在 10 万元/吨以 上,因此应用领域相对受限。




二、非晶:配电变压器节能降耗的优选材料


非晶合金带材相较硅钢电阻率与最大磁导率大幅提升,且工艺流程较硅钢更短,成材率 更高。非晶合金是采用 106℃/秒的超快冷凝固技术,得到原子排列组合上具有短程有序, 长程无序特点的非晶合金组织,由于没有晶粒、晶界的存在,相较硅钢电阻率和最大磁 导率得到显著提升,因此涡流损耗大幅降低,应用在配电变压器空载损耗较硅钢降低 70%。从生产工艺而言,根据王建发的《非晶合金变压器的特点及节能环保优势分析》, 非晶带材是将熔融的金属合金经超级冷技术直接冷却形成厚度 0.02-0.04mm 的固体薄 带,该工艺属于精密无模平流铸造,比硅钢工艺节约了至少 6-8 道工序,能耗节省 80% 左右。另外,取向的硅钢片成材率低,为 40%-50%,而非晶合金成材率可达 90%。


非晶合金薄带生产工艺主要包括熔炼、保温、制带、卷取等环节。以铁基非晶带材为例, 将熔化后的液态合金倒入中间包中,起到稳流、减压、保温的作用,再倒入特定的“喷 带包”中,利用自身重力从狭小喷嘴缝连续喷射到高速旋转的冷却铜辊上实现急冷凝固, 之后通过高压气流从铜辊上将带材剥离、负压抓取,最后完成自动化卷绕、包装等工序。


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“高精度”控制是非晶带材生产的难题,喷带、结晶环节是工艺流程的核心。非晶合金 薄带超快冷凝的生产工艺特点决定了其产品质量控制需要在极短的时间内完成,生产中 采用一个高速旋转(>30m/s)的冷却铜辊来实现,如此高的速度下实现带材抓取、卷绕 就是一大难关;此外,将成千上万层的 FeSiB 非晶薄带叠在一起制作成配电变压器铁芯后,即使几微米的带厚差也会引起铁芯厚度几毫米甚至几厘米的偏差,厚度的“高精度” 控制至关重要,因此,喷带、结晶环节是整个工艺流程的核心难点所在。例如,结晶器, 在狭小的空间与极短时间需要极冷、缓冷、空冷三个温度控制环节,从而保证非晶带材 一定的柔软性并不易碎片化,这需要大量的经验积累与极强设备精度要求。


2.1. 供给端:非晶带材竞争格局稳定集中


非晶带材市场竞争格局较为集中,CR3 达 74.4%。根据 QYResearch,2015 年以来, 非晶合金在我国配电网领域快速发展,市场规模从 1.30 亿美元增长至 2019 年的 2.08 亿 美元,产量规模从 4.97 万吨增长至 2019 年的 9.97 万吨,复合增长率分别到达 12.47%、 19.01%。国内厂家起步虽晚,但后来者居上,目前全球生产非晶带材的厂家主要包括云 路股份、安泰科技、日立金属,2019 年三者市占率分别为 41.2%/21.0%/12.3%。安泰科技、云路股份分别于 2006、2014 年完成非晶带材产业化开发,目前两者产能均 达到 6 万吨,云路股份近几年产量稳定在 5 万吨左右,安泰科技未披露实际产量,两者 单位铁损、电阻率等关键性能已达到甚至超越日立金属。


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2.2 需求端:新版能效提升计划与标准发布,非晶变压器迎来新的发展机遇


变压器是配电系统中的关键设备,其主要功能是将电力系统的电压升高或降低,以便于 电能的分配、使用及合理输送,根据变压器技术杂志刊文,我国变压器的总损耗占整个 配电系统损耗的 40% 左右,因此降低变压器损耗是配电系统节能的重要环节之一。


非晶变压器适用于间歇性用电场景,与硅钢变压器既有差异化又存竞争关系。变压器损 耗分为空载损耗和负载损耗,其中空载损耗约占变压器总损耗的 50%-80%,相同容量 的非晶合金变压器比硅钢变压器的空载损耗下降 60-80%。非晶合金由于具备更高的电 阻率、更薄的厚度,因此可大幅减少涡流损耗,具备空载损耗低、运行节能等优点,适 用于轨道交通、农村电网、数据中心等间歇性用电需求特点的应用场景;硅钢变压器的 负载损耗相对更低,在城市电网或工业区等高负荷用电场景应用较多。


非晶合金具备空载损耗低,工艺流程短的优势。


非晶合金变压器更具有节能减耗、绿色环保的特点,符合我国建设节能低碳、绿色 电网的要求。根据王建发在《非晶合金变压器的特点及节能环保优势分析》中测算, 在相同条件下,一台 80KVA 非晶合金变压器比 SC10 型硅钢片变压器单位综合功率 损耗低 15.7%,虽然初始投资成本较高,但考虑能耗成本大幅降低,产品全生命周 期成本(LCC)可节省 1.26 万元,在电价上涨环境下,非晶合金变压器无疑具有较 强的经济效益,并且节能和环保特性十分突出。


非晶薄带工艺流程较硅钢更短,成材率更高。传统工艺制作硅钢片需要经历锻造、 冶炼、锻打以及倾轧等工序,但非晶态合金薄带的制作则是以近乎瞬间凝固液体, 使之成为不超过 0.027 mm 厚度的合金薄带,因此比硅钢工艺至少节约了 6~8 道 工序,能耗节省 80% 左右。另外,晶粒取向的硅钢片成材率低,为 40%~50%, 而非晶合金成材率可达 90%。


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非晶变压器推广曾遭遇阵痛期,立体卷变压器技术革新改善非晶变质量问题痛点。2011- 2015 年在政策支持下,非晶变进入黄金时期,安泰科技、云路股份、兆晶股份等企业新 上项目产能规模较大,竞争日益激烈,同时也造成市场鱼目混珠、产品良莠不齐的现象, 在国网抽检环节出现突发短路问题,之后国网非晶变压器招标比例持续降低,由 2016 年 31.7%降低至 2020 年 15.5%。2019 年,云路股份与上海置信完成非晶立体卷铁心产业 化开发,立体卷结构与非晶合金材料相结合,既充分发挥非晶合金材料特性,又利用立 体卷铁心结构成功解决非晶合金原有问题,具有三相磁路完全对称、抗突发短路能力强、 噪音低、节能效果显著等特点,解决了非晶变市场推广痛点。


受益于新能效标准实施,以及需求方面轨道交通、风光发电等间歇式发电、用电设备增 加,非晶配电变压器迎来新的发展机遇。根据国家电网公司电子商务平台公告信息统计,2021 年配电变压器招标总量同比增长 121.7%。2020 年 12 月,工业部印发《变压器能 效提升计划(2021 - 2023 年)》,明确到 2023 年,高效节能变压器在网运行比例提高 10%(1、2 级能效),当年新增高效节能变压器占比达到 75%以上,自 2021 年 6 月起, 新采购变压器应为高效节能变压器。此外,2020 版《电力变压器能效限定值及能效等级》 于 2021 年 6 月 1 日实施,对配电变压器能效指标提出更高的要求,与 2013 版相比, 新国标型号在空载能耗、负载能耗均有不同程度的降低。


存量方面:我国在网运行的变压器约 1700 万台,考虑 2023 年高效节能变压器在网 运行比例提高 10%,则对应约 170 万台替换需求,假设其中 20%为非晶变,对应 34 万台替换需求,假设 2021-2023 年替换 6/11/17 万台,后续稳定于 20 万台。


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增量方面:2021 年国网配电变压器招标同比增长 121.7%,假设后续逐步降低至 20%,考虑 2015 年国网非晶变招标占比达 45%,谨慎假设非晶变占比假设由 2021 年的 20%提升至 45%;南网目前暂无数据统计,假设 2021 年新增配电变招标同比 增 50%,后续逐渐下滑至 20%,占比方面,由于南网主要覆盖广东、广西、贵州、 海南、云南等地区,用电负荷相对偏低,因此 2019/2020 年非晶变招标占比达 74%/59%,假设 2021-2025 年由 60%提升至 75%;剔除存量替换需求后,预计 2021-2025 年国网+南网新增招标量有望由 4.7 万台增长至 18.2 万台。




三、纳米晶:新能源车、消费电子领域中高频范围优选材料


纳米晶得益于高饱和磁密、高磁导率、高居里温度的材料优点,主要替代铁氧体、钴基 非晶合金、晶态坡莫合金实现中、高频领域应用。纳米晶居里温度 570℃,远高于 MnZn 铁氧体和 Co 基非晶材料,饱和磁化强度 1.35T,接近 Fe 基非晶材料,为 Mn-Zn 铁 氧体的接近 3 倍,饱和磁致伸缩系数仅为 Fe 基非晶材料的 1/10(噪音低),且磁导率更 高,因此在高频段应用优于 Fe 基非晶态合金,可对铁氧体、钴基非晶合金、晶态坡莫合 金形成替代。


1988年日本的Yoshizawa发现在铁基非晶(FeSiB)基体中加入少量Cu和M(Nb\Ta\Mo\W) 等元素,将制成的非晶态合金经适当的热处理后可获得直径为纳米级别的晶粒(10- 30nm),即 Finemet 合金,微观组织表现为α-FeSi(BCC 超结构相),纳米粒子在非晶 基体上均匀分布。由于晶粒尺寸极小,纳米晶材料的结构具有很大的晶粒边界和界面体 积分数,这在很大程度上影响着材料的各种物理和化学性质。其成型机理是由于 Cu 和 Fe 原子具有正的混合焓,Cu 原子首先析出形成团簇,其较低的界面能为后续α-Fe(Si)相 的析出提供了形核位点,具有较大原子半径的 Nb 元素则能通过阻碍 Fe 原子的扩散控制 纳米晶的尺寸。


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纳米晶超薄带是在非晶带材工艺流程后增加一个热处理环节,厚度较非晶更薄,因此工 艺控制难度更高。根据云路股份公开专利,在非晶带材生产流程后,使用真空或充满惰 性保护气体的热处理炉进行纳米晶化,以 3080℃/min 升温速率升温,达到设定温度 (400-500℃)后保温 5-8min,即可完成纳米晶超薄带的生产。纳米晶制备工艺经历多 代技术的发展和迭代,带材厚度越来越薄,从第一二代的 22-30μm 发展到第三四带的 14-22μm。目前云路股份生产的纳米晶超薄带宽度可达 142mm,厚度达到 14~18m, 相较非晶(27μm)厚度更薄,因此前段工序的工艺控制难度也更高。


3.1 供给端:日立金属一家独大,国内厂商奋起直追


纳米晶材料行业市场集中度高,日立金属一家独大,国内头部厂商市场份额优势明显。纳米晶超薄带产品的技术和资金门槛较高,行业格局呈现少数领先企业占据主导市场份 额。根据 QYResearch 统计数据,全球纳米晶市场规模由 2015 年的 2.02 万吨增长至 3.02 万吨,CAGR 达 10.7%,中国市场规模由 2015 年的 0.67 万吨增长至 1.03 万吨,CAGR 达 11.4%;从市场份额来看,2020 年,日立金属占全球 47%的市场份额,CR5 达 71.5%;国 内 市 场 竞 争 更 为 集 中 , 日 立 金 属 、 云 路 股 份 、 安 泰 科 技 市 场 份 额 分 别 达 36.6%/18.4%/14.4%,CR5 达 80.8%。


目前国内纳米晶带材规划产能最大的项目为云路股份,IPO 募投规划新增 5000 吨产 能。本项目建设完成后,将新增 5000 吨纳米晶超薄带产能;在募投项目完全达产的情况 下,目前安泰科技纳米晶超薄带产能达 4000t/a,云路股份为 3600t/a,云路股份 2021 年完成上市,IPO 项目中规划投资 1.94 亿元建成 5000 吨纳米晶带材及器件产能,未来 总产能将增长至 8600t/a。


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国内厂商经过近 20 年追赶,目前纳米晶超薄带产品关键性能可媲美日立金属。纳米晶 带材的核心产品指标包括带材宽度和厚度:带材宽度越宽则带材的利用率越高,带材厚 度越薄,其材料在高频条件下磁导率越高、损耗越低。安泰科技、云路股份分别于 2013、 2019 年完成纳米晶超薄带产业化开发,云路股份生产的纳米晶超薄带宽度可达 142mm, 厚度 14-18μm,目前主要产品性能可媲美日立金属。


3.2 需求端:纳米晶材料综合性能更优,有望对铁氧体形成替代


纳米晶是制造电感、电子变压器、互感器等磁性器件的优良材料,主要应用于消费电子、 新能源发电、新能源汽车、家电、粒子加速器等领域,满足电力电子技术向大电流、高 频化、小型轻量、节能等发展趋势的要求,目前已在智能手机无线充电模块、新能源汽 车电机等产品端实现规模化应用。


预计 2025 年全球纳米晶市场规模 4.0 亿美元,CAGR 达 10.3%。根据 QY Research, 2021-2025 年,纳米晶合金行业的整体市场规模预计将从 2.7 亿美元快速增长至 4.0 亿 美元,对应产量由 3.1 万吨增长至 4.3 万吨,CAGR 达 10.3%。


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四、磁粉芯:新能源赛道新宠,需求增长空间巨大


磁粉芯兼具金属软磁材料和软磁铁氧体的优点,具有电阻率高、磁导率高的优良特性。磁粉芯内部磁性粉末颗粒之间存在数量众多的分布式气隙,提高了直流偏置特性。另外 磁性粉末颗粒尺寸仅为微米量级,因此极大地降低了高频交变磁场下磁性粉末颗粒内部 的涡流,表面的绝缘材料可有效阻隔不同金属磁性颗粒之间的祸流、限制颗粒间涡流的 流通,从而减小颗粒间的涡流损耗。与传统金属软磁材料相比,经绝缘包覆后的软磁复 合材料具有较高的电阻率,可以有效降低高频下材料的涡流损耗,与软磁铁氧体相比, 软磁复合材料的磁通密度相对较高,更能满足电子元器件小型化的要求。

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磁粉芯制备工艺主要包括制粉、绝缘包覆、压制、热处理四个环节,软磁粉末制备工艺 流程虽短,但各个工艺环环相扣。1)制粉:制粉是磁粉芯生产的核心环节,配方与粒径 对产品密度和磁导率起到决定性作用,水雾化法、气雾化法为主流工艺,制得的粉末粒 径约 45-75μm;2)绝缘包覆:绝缘包覆工艺与材料的选择主要影响磁粉芯损耗性能, 是减小涡流损耗的关键所在,目前主流材料采用有机+无机复合材料进行包覆。3)压制:压制成型过程中随着压制压力的增大,材料的磁导率会增大,铁损也会减少,但当压力 值超过一定值后,磁损耗反而会增加,这是由于过大的压力导致包覆层破坏。4)热处理:热处理是为了释放压制成形后材料内部的残余应力和改善力学性能,但热处理温度又受 到绝缘包覆材料耐热特性的限制。因此,如何平衡好磁导率、饱和磁感应强度和磁损耗 等各性能是工艺流程的难点所在。


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雾化法为当前制粉的主流工艺,球形度好,有利于磁导率和饱和磁通密度的提升。制粉 方法主要包括雾化法和破碎法:1)雾化法:雾化法分为气雾化法和水雾化法,通过高速 喷射而出的雾化介质冲击合金液体,从而使其破碎为细小的液滴然后通过快速冷却的方 式得到需要的软磁粉末。该方法制得的粉末形状多为球形在压制成型时能使得表面绝缘 层保持完好, 可以提高材料的电阻率,有利于磁导率和磁通密度的提高的制作成本低、 制备工艺简便易于工业化生产, 是目前铁硅铝、铁镍等磁粉芯的主流生产工艺。2)破 碎法:破碎法是将非晶或纳米晶合金薄带在一定的温度下进行脆化处理,利用球磨等机 械破碎方法将脆化后的薄带加工成符合技术要求的粉末。


4.1 供给端:国内厂商战略重视加成,铂科新材稳居行业龙头


磁粉芯领域,铂科新材、东睦科达国内遥遥领先,其余厂商处于跟进态势。磁粉芯领域, 国外美磁、昌星布局较早,我国的合金软磁粉芯产业发展迅速,国内东睦科达、铂科新 材分别于 2000 年、2009 年开始布局,目前已分别具备 1.5 万吨、2.5 万吨产能,遥遥领 先国内同行;受益于新能源车、光伏等需求强劲拉动,目前各家企业已将磁粉芯作为重 点业务板块布局,铂科新材、东睦科达 2024 年分别规划 5 万吨、4 万吨产能,均实现翻 倍式增长,横店东磁、天通股份、云路股份等入局较晚,目前处于跟随态势。


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4.2 需求端:新能源车&光伏潜在增长空间巨大


金属软磁粉芯主要应用于功率电感,主要服务 DC/DC, AC/DC 等电能变换的环节。功率电感可应用于整流(交流变成直流,AC/DC)、逆变(直流变成交流,DC/AC)、斩波 (直流变成直流,DC/DC)、变频(改变供电频率)、功率因数矫正(减少高频谐波对电 网干扰)、开关和智能控制等电路,能够使电网的工频电能最终转换成不同性质、不同用 途的电能,以适应各种用电装置的需要。DC/DC 电路在系统中承担升降压功能,输入输 出端均为直流,利用电感通断瞬间产生的高压,通过调整占空比可实现要求的升降压功 能,DC/AC 电路则承担交直流转换,对应下游应用领域来看,可广泛应用于逆变器、车 载充电机、充电桩、变频空调、UPS 等领域。


预计未来三年磁粉芯复合增速有望达 17.7%,新能源车、光伏相关链条增长空间大。根据我们测算,受益于新能源车强劲增长的需求带动以及光伏逆变器快速放量,磁粉芯 需求量将由 2022 年的 15.4 万吨增长至 25.2 万吨,CAGR 达 17.7%。其中新能源车&充 电桩需求 CAGR 分别达 49.7%、51.8%,二者至 2025 年占总需求比例有望达 20%以上;光伏逆变器&储能变流器需求增速 CAGR 分别达 16.6%、42.0%,至 2025 年占总需求比 例分别为 35.8%、4.6%;变频空调&UPS 为重要的存量市场,未来有望稳步增长。


4.2.1 新能源车及充电桩:高压快充有望提升磁粉芯单位用量


海外政策加码,全球新能源车将共同迎来高增长。回顾 2021 年,尽管新能源汽车面临 疫情影响、产品“缺芯”、原材料价格飞涨等挑战,但新能源乘用车市场保持爆发式快速 增长,国内新能源车销量同比增 157.6%至 352 万辆,全球同比增 108%至 681 万辆, 随着欧洲超严格减排法案倒逼车企电动化,各国纷纷加码基建投入和购车补贴;美国拜 登政府上台后也高度重视电动车产业,我们预计 2022 年国内新能源车销量有望达 560 万辆,同比增加 59%,全球新能源车销量有望达 1069 万辆,同比增加 57%,预计 2025 年,全球新能源车销量有望达 2625 万辆,2021-2025 年 CAGR 达 34%。


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800V 高压即将量产,快充技术有望升级。大功率快充技术是解决电动车续航短、充电 慢的一种趋势,通过将整车电压平台从 400V 提升到 800V、1000V 甚至更高的水平实现高压系统扩容,不仅能够提高充电功率,缩短充电时间,同时在用电功率相同的前提下, 提高电压等将减小高压线束上传输电流,可缩短高压线束截面积,降低线束使用量。2019 年保时捷 Taycan 上市,率先量产 800V 电压平台,此后现代、奔驰、通用、比亚迪、广 汽埃安、吉利极氪、小鹏等国内外车企纷纷布局 800V 快充技术,有望 2021 年底后陆续 实现量产。电压平台升高对部件的绝缘能力、耐压等级提出更高的要求,同时 DC/DC(直 流升降压)、OBC(车载充电机)等部件面临升级需求。


PHEV 单车磁粉芯用量为 EV 的 3-4 倍,800V 电压平台将提升 EV 单车需求。1)PHEV 方面,相较 EV,PHEV 由于动力电池电压平台只有 48V,若匹配驱动电机 200-500V 电 压平台,车载充电机(OBC)+逆变器环节需要更多的升压电感,根据铂科新材披露,目 前 EV 单车磁粉芯用量 0.6-0.8kg/辆,而 PHEV 单车磁粉芯需求约 2-3kg/辆,是 EV 的 3- 4 倍,大众 DM-I 60KW 车型用量达到 3.3kg/台;2)EV 方面,未来随着 EV 逐步向 800V 高电压平台转换,为匹配 400V 直流桩(电压平台转换过程尚需时日,因此不可能大规 模铺开 800V 充电桩),需要加装 DC/DC 升压电路,单车用量有望提升至 2.7kg,即便后 续直流桩逐步转换为 800V 平台,电感需求仅是从汽车转向充电桩,因此长远看磁粉芯 需求提升确定性较高。


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受益于新能源汽车的发展和普及,配套充电桩的铺设需求激增。根据盖世研究院调研, 消费者在电动车选择方面仍然存在诸多疑虑,充电设施不足与续航能力担忧因素占据调 查人群 72%,已经成为限制新能源汽车普及的最大障碍因素。全球来看,根据彭博新能 源财经,2021 年全球公共充电桩保有 180 万台,与 1728 万台新能源车保有量相比,车 桩比为 9.6:1;国内来看,根据中国充电联盟, 2021 年全年公共充电桩新增 34 万台, 同比增长 16.7%,保有量 115 万台,对比 784 万辆的新能源汽车保有量来看,公共桩 车桩比为 6.8:1,考虑私人桩也仅达到 3:1,与远期 1:1 的目标仍有较大差距,伴随新能 源车销量增长与车桩比逐步下滑,未来充电桩增长空间巨大,预计国内 2025 年整体车 桩比有望达 2:1。


超级快充直击新能源车里程焦虑应用痛点,大功率直流充电桩需求旺盛。政策方面, 《2020 年政府工作报告》中已将充电基础设施纳入新基建七大产业之一。直流充电方式 相较家用标准交流电充电方式速度大幅提高,一个 150kW 的直流充电器可以在大约 15 分钟内为电动汽车增加 200 公里续航,目前市面上多家主机厂和充电桩服务商均在布局 120-480kW 超级快充。根据彭博新能源,全球直流快充电桩在年新增总量中占比由 2020 年的 15%提升至 27%(数量);根据中国充电联盟,2021 年国内新增公共桩中,直流桩 占比达 47%。


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预计新能源车对磁粉芯需求量未来三年 CAGR 为 49.7%,占总需求比例将由 9.6%提 升至 19.9%。新能源车领域,假设国内 PHEV 占比为 20%,海外占比 40%,可测算出 全球 PHEV 占比,假设单车用量为 2.5kg/台;EV 方面,目前单车用量假设 0.7kg/台,未 来高压平台占比提升有望大幅增加单车磁粉芯用量,假设 2025 年增长至 1.4kg/台,对 应新能源车磁粉芯需求量将由 2022 年的 1.49 万吨增长至 2025 年的 4.99 万吨,CAGR 达 49.7%。


预计直流充电桩对磁粉芯需求量未来三年 CAGR 为 51.8%,占总需求比例将由 0.6% 提升至 1.2%。2021 年由于国内新能源车销量激增,而公共桩基础设施建设略有滞后, 假设 2025 年车桩比(公共)逐渐回落至正常水平 7:1,其中直流快充占比谨慎假设由 46% 提升至 50%,单台磁粉芯用量假设 1.4kg/台,对应直流充电桩磁粉芯需求量将由 2022 年的 894 吨增长至 2025 年的 3135 吨,CAGR 达 51.8%。


4.2.2 光伏+储能:有望受益于分布式光伏&风光储一体化需求拉动


碳中和目标推升全球光伏市场快增长。随着节能环保步伐的加快,全球光伏新增装机容 量持续快速提升。根据中国光伏行业协会(CPIA),2020 年全球虽然受到新冠疫情爆发 的不利影响,但光伏新增装机规模仍保持增长势头,同比增长 13%达到 130GW,2011- 2020 年 CAGR17.6%,其中中国占比 37.1%,位列全球第一。CPIA 预计,在乐观情况 下,2025 年全球光伏新增装机有望达 330GW,2020-2025 年 CAGR20.5%;保守情况 下,2025 年全球光伏新增装机有望达 270GW,2020-2025 年 CAGR15.7%,光伏发电已 成为全球增长速度最快的可再生能源品种。


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磁粉芯主要应用于组串式逆变器中 Boost 升压电感和大功率交流逆变电感。光伏电池 片产生的低压直流电先经 Boost 升压电感进行升压,之后通过大功率交流逆变电感将直 流电压通转换成 50Hz 正弦波交流电并网,输入电网时,必须使用重要的大功率交流逆 变电感。目前光伏逆变器可以分为集中式逆变器、组串型逆变器、集散式逆变器,集中 式逆变是将若干个并行的光伏组串连到同一台集中逆变器的直流输入端,集中进行交流 转换,主要采用硅钢片;组串式逆变是每个光伏组串通过一个逆变器,在交流端并联后 并网。


分布式光伏占比提升有望促进组串式逆变器渗透率提升,进一步拉动磁粉芯需求。随着 行业进入平价时代,能够适应复杂地形、更加灵活的分布式光伏电站进入快速发展期。近年来新增装机中,分布式占比始终处于 30%以上,2021 年达到 53%。随着集中式光 伏电站中组串式逆变器使用占比升高以及分布式光伏电站的快速发展,市场主流产品由 原先的集中式逆变器转变为目前的组串式逆变器,近年来占比稳定在 60%以上。


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可再生能源大规模推广,储能产业的发展成为大势所趋。储能特别是电化学储能技术系 统可广泛应用在发电侧/电网侧/负荷侧,改善电网调频、调峰性能等。风电、太阳能发电 等可再生能源发电随机性、波动性大,规模化并网影响电网稳定运行。储能系统可为新 能源大规模发展和并网提供有力支撑。储能变流器和储能电池及其能量管理系统是电化学储能系统的核心部分。储能变流器 (Power Conversion System,PCS),是一种由电力电子变换器件构成的装置,它连接着 电池系统和交流电网,不仅能满足传统并网变流器对直流电转换为交流电的逆变要求, 还可满足储能系统“充电+放电”带来的双向变流需求,具有对电池充电和放电功能,可 用于光伏、风力发电功率平滑、削峰填谷、微型电网等多种场合,磁粉芯主要应用在充 放电及逆变模块中。


未来五年,随着分布式光伏、分散式风电等分布式能源的大规模推广,电化学储能行业 将面临更广阔的市场机遇。2021 年 5 月,国际能源署(IEA)对外发布《2050 年净零排 放:全球能源行业路线图》,据 IEA 的预测,为满足全球碳中和条件,未来 10 年全球可 再生能源平均年度新增装机规模至少要达到730GW,约是2019年新增装机容量的4倍;全球光伏及风电在总发电量中的占比将从目前的 9%提升至 2030 年的 40%;此外,锂 电池成本持续下降的推动下,电化学储能装机规模一直保持高速增长的趋势,IEA 预计, 2025 年全球电化学储能新增装机将达 30.7GW,CAGR 达 41.8%。


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预计光伏逆变器对磁粉芯需求量未来三年 CAGR 为 16.6%,占总需求比例将由 36.8% 小幅下滑至 35.8%。基于 CPIA 预测的全球光伏新增装机数据以及 HIS Markit 预测的光 伏逆变器替换数据,假设组串式逆变器装机占比由 2020 年的 67%提升至 75%,单 GW 磁粉芯需求量为 380 吨,对应光伏逆变器磁粉芯需求量将由 2022 年的 5.68 万吨增长至 2025 年的 9.0 万吨,CAGR 达 16.6%。预计储能变流器对磁粉芯需求量未来三年 CAGR 为 42.0%,占总需求比例将由 2.6% 提升至 4.6%。基于 IEA 预测的电化学储能新增装机数据,考虑光伏逆变器与储能变流 器功能类似,假设单 GW 磁粉芯用量为 380 吨,测算储能变流器磁粉芯需求量将由 2022 年的 0.4 万吨增长至 2025 年的 1.16 万吨,CAGR 达 42.0%。


4.2.3 其他领域:变频空调、UPS 为磁粉芯重要的存量市场,规模有望小幅提升


空调新规驱动变频空调市场高速增长,2021 年 1-10 月市场占比达 69%。2020 年 7 月,空调新规实施,我国变频空调出货迅速提升,根据产业在线,2020 年我国家用空调 产量达 14491 万台,其中变频空调达 8336 万台,同比增长 20%,渗透率达 57.5%;2021 年 1-10 月,我国变频空调出货同比增 35%至 9011 万台,渗透率进一步提升至 69%。随着节能环保标准趋严,预计变频家电渗透率将继续稳中有升,支撑永磁电机市 场持续扩张。


预计变频空调对磁粉芯需求量未来三年 CAGR 为 9.8%,占总需求比例将由 20.7%下 滑至 16.8%。合金软磁粉芯应用于变频空调变频器上的高频板载 PFC(功率因素矫正) 电感中,在变频空调输入整流电路中,起到电源输入功率因数的调节、抑制电网高次谐 波的储能升压电感的作用。假设未来空调市场增速为 3.0%,2025 年变频空调渗透率提 升至 90%,单台用量 0.25kg/台,对应变频空调磁粉芯需求量将由 2022 年的 3.20 万吨 增长至 2025 年的 4.23 万吨,CAGR 达 9.8%。


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UPS 为磁粉芯重要的存量市场。UPS(不间断电源,Uninterruptible Power Supply),是 一种含有储能装置,以逆变器为主要元件、稳压稳频输出的电源保护设备。主要为计算 机等对供电稳定性要求高的领域,为其提供不间断的电力供应。当市电输入正常时,UPS 将市电稳压后供应给负载使用,此时的 UPS 实质是充当一台交流市电稳压器的功能,同 时它还向机内电池充电。当市电中断时,UPS 立即将机内电池的电能,通过逆变器转换 为 220V 交流电,以使负载维持正常工作,并保护负载软硬件不受损坏,目前已广泛应 用于金融、电信、政府、制造行业以及教育和医疗等领域。


预计 UPS 对磁粉芯需求量未来三年 CAGR 为 6.0%,占总需求比例将由 29.6%下滑 至 21.6%。根据 Global Market Insight 预测,受益于大数据、云计算拉动,预计 2022 至 2028 年 UPS 市场规模复合增速将达 6%,对应 UPS 磁粉芯需求量将由 2022 年的 4.06 万吨增长至 2025 年的 5.44 万吨。




五:铁氧体:现存用量最大软磁材料,高频领域难以替代


六、原材料价格见顶回落,企业成本压力或将缓解

6.1 生铁:供给回暖,需求降速,生铁价格或重回合理区间

6.2 工业硅:行业开工率提升&新增产能投放缓解供需紧张局面

6.3 铝:双碳限产扭转行业过剩格局,全球能源成本上移提升铝价中枢

6.4 新能源开启镍消费新周期,远期镍湿法中间品集中投放,镍价或见顶


七、软磁行业发展空间大,细分领域龙头优势几何

7.1 横店东磁:铁氧体龙头开启多元磁性材料布局,光伏锂电业务持续扩张

7.1.1 “做强磁性、发展能源”,公司发展路径明晰

7.1.2 股权结构稳定集中,累计推出两期员工持股计划

7.1.3 新能源板块业绩增长强劲,磁材业务贡献利润压舱石


7.2 铂科新材:金属磁粉芯细分赛道龙头,未来成长曲线明晰

7.2.1 河源基地优势区位加码布局,3 年产能翻倍增长至 5 万吨

7.2.2 产品研发紧密跟随行业趋势,芯片电感、磁性粉末有望打造多条增长曲线

7.2.3 股权绑定凝聚人才资源

7.2.4 营收增长稳健,原材料上涨短期扰动公司利润


7.3 云路股份:国内非晶带材龙头,纳米晶、磁粉末开启第二增长曲线

7.3.1 三大业务板块齐头并进,纳米晶与磁粉末产能规划成倍增长

7.3.2 混改后股权结构稳定合理,实控人中国航发研发背景雄厚

7.3.3 三大板块多元发力,纳米晶为近期核心驱动因素


7.4 龙磁科技:永磁铁氧体&软磁双轮驱动,产能稳步扩张

7.4.1 永磁铁氧体积极扩张,软磁打造第二增长曲线

7.4.2 公司目前下辖 9 家全资子公司,拥有 7 大生产基地

7.4.3 上市后经营成绩靓丽,2021 年业绩大幅增长


7.5 安泰科技:国内非晶纳米晶材料先行者,央企钢研技术赋能

7.5.1 公司目前拥有四大业务集群,后续将聚焦“难熔钨钼”、“稀土永磁”两大板块

7.5.2 借助资本市场和中国钢研技术赋能实现发展壮大

7.5.3 亏损业务剥离后公司轻装上阵,非晶业务仍处于亏损状态


7.6 东睦股份:磁粉芯&粉末冶金双料龙头,金属磁粉芯定调最优先发展级 别

7.6.1 金属磁粉芯&MIM 外延式卡位布局,粉末冶金平台型企业横向布局优化产业结构

7.6.2 员工持股平台为公司最大股东,实现员工团队利益捆绑

7.6.3 MIM 业务拖累公司整体业绩,SMC 业务回暖值得期待


 注:由于原报告篇幅过长,本文仅截取了部分内容进行分享。资料全文可联系组委会免费获取。


文章来源:行业报告研究院

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