2022年软磁材料行业发展现状及应用范围分析.docx

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1、2022年软磁材料行业发展现状及应用范围分析一、软磁材料：高功率、小型化电感软磁“优等生”，新能源功率传输需求打开广阔成长空间软磁材料品种繁多，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

2、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带材、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。软磁材料主要应用于制备电感磁芯（变压器中称为铁心），提升电感的“储存磁场能量” 的功能。以最简单的空心电感线圈为例，假设此时有直流电通过，根据电磁感应定律， 线圈内部及周围将产生磁场，若此时断开电流，内部储存磁场将以电能形式释放。但由 于空气储存磁场的能

3、力较弱（磁导率低），部分磁场会从线圈间隙中“溢出”，即“漏磁” 现象。加入一个高磁导率的磁芯后，磁场将更多被限制在电感线圈内部，从而增加电感 储存磁场的能力。 按照应用领域区分，软磁材料主要应用于电力变压以及电子电路领域。1）电力变压领 域：主要承担电网发电与用电侧升降压功能，功率较大，主要采用硅钢、非晶带材制备。 2）电子电路领域：主要采用铁氧体、坡莫合金、磁粉芯、纳米晶等材料通过粉末冶金工 艺制成电感，在电路中承担逆变（交流直流转换）、升降压、信号处理等功能。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

4、化：1）电阻率（）：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。磁粉芯具有电阻率高、饱和磁感应强度大的优良特性，响应高频、小型化电子器件需求。 19 世纪 20 年代，日本和德国研制

5、了铁硅铝(Sendust)合金磁粉芯，此后由于高电阻率软 磁铁氧体的问世以及迅速发展，使金属磁粉芯的研究发展热度下降。此后随着电子工业 对高功率、小型化的性能需求提升，铁氧体低饱和磁密的缺点开始体现。与坡莫合金相 比，经绝缘包覆后的磁粉芯具有较高的电阻率，可以有效降低高频下材料的涡流损耗， 与软磁铁氧体相比，软磁复合材料的饱和磁感应相对较高，更能满足电子元器件小型化 的要求，因此逐步在光伏、新能源车等逆变电感、升压电感等领域得到广泛应用。2.软磁粉芯制备工艺难度大，粉末制备为核心环节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，其中制粉为核心环 节。1）制粉：制粉是磁粉芯生产的核

6、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，制得的粉末平均粒径约 25-30m；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。此外，制得的粉末通过粒度分级 配比可实现更佳的压实性能提升密度，从而提升材料磁导率。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

7、 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。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 方法主要包括气雾化、水雾化法和破碎法： 1）气雾化法制得的粉末综合性能最优，但成本偏高，且制备非晶粉末难度较大。利用高 速气流对熔融的金属液进行分散与冷却从而得到呈球形的粉末，其中气流既承担能量传 输（破碎）又承担冷却作用，该法制得的粉末球形度更高，压制环节表面绝缘层更加完 整，因此电阻率更高，且球形粉末流动性好，更容易实现高密度压制，因此直流偏置特 性高。 2）水雾化法成本低廉，更容易实现非晶粉末制备，但球形度差，容易

8、破坏绝缘层。水雾 化法是将液态母合金喷出后落入水中进行冷却，水具有较大的比热容所以冷却速度更快， 制备非晶粉末具有更大优势，且由于不需要惰性气体密封，因此成本较低；主要缺点在 于粉末微观形貌不规则，氧化物杂质高（加入惰性气体改进后可改善）。2.1供给端：国内厂商战略重视加成，铂科新材龙头地位稳固磁粉芯领域，铂科新材、东睦科达国内遥遥领先，其余厂商目前处于跟进态势。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

9、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、云路股份等均纷纷布局金属磁粉芯领域领域。2.2需求端：新能源车&光伏拉动需求，2022-2025 年 CAGR19.8%电感根据应用领域可分为功率电感、射频电感，根据工艺可分为绕线电感（迭代出一体 成型电感）、叠层电感和薄膜电感。其中，功率电感磁芯材料可由铁氧体、磁粉芯、纳米 晶制成，而射频电感由于频率过高，目前主要采用电阻率最高的软磁铁氧体材料。功能：1）射频电感使用频率范围在几 MHz 到几十 GHz，主要小功率高频电流信 号的滤波

10、、谐振等信号处理功能，应用于几乎所有终端用电设备；2）功率电感应用 频率范围在 10MHz 以下，主要应用于大功率用电设备。工艺：1）绕线电感&一体成型电感：绕线电感出现时间较早，将铜线通过卷绕机绕 制到磁芯上制得，随着下游高功率、小型化要求提升，一体成型电感是将线圈与磁 粉芯放入模具中一次压制成型，具有良好的磁屏蔽性，适用于小型化需求，且电流 耐受能力更高；2）叠层电感：通过在片式磁芯上印刷导电浆料，之后通过叠层、烧 结制成，该工艺具备成本低，产品一致性好、小型化等优势，常用作功率电感；3） 薄膜电感：薄膜电感工艺最为复杂，通过光刻蚀工艺将电极图案镀在基底上后封装 成型，薄膜电感的小型化优势

11、更为明显，且性能稳定，常用作射频电感。金属软磁粉芯主要应用于功率电感，其通常与 IGBT、MOSFET 等功率半导体集成，服 务 DC/DC，AC/DC 等电能变换环节。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

12、 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。2.3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

13、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%。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

14、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。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

15、: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

16、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%。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 0.5% 提升至 1.1%。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

17、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%。2.4光伏+储能：充分受益于光伏&风光储一体化景气上行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）数据，尽管 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。根据我们 测算，在乐观情况下，2025 年全球光伏

18、新增装机有望达 368.5GW，2021-2025 年 CAGR24.2%；保守情况下，2025 年全球光伏新增装机有望达 335.0GW，2021-2025 年 CAGR21.3%，光伏发电已成为全球增长速度最快的可再生能源品种。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

19、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。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

20、，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。预计光伏逆变器对磁粉芯需求量未来三年 CAGR 为 21.8%，占总需求比例将由 40.7% 提升至 42.8%。根据我们测算，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 6.69 万吨增长至 2025 年的 12.10 万吨，CAGR 达 21.8%。

21、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 2.5% 提升至 4.1%。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%。2.5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

22、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 19.5%下 滑至 15.0%。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

23、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%。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。