功率类软磁铁氧体全景调研与发展战略研究

功率类软磁铁氧体全景调研与发展战略研究

软磁铁氧体市场发展概况（一）磁性材料市场的基本情况磁性材料是国民经济生产过程中重要的基础性材料，广泛应用于电子、电力、信息、机械、交通、新能源、医疗卫生、国防等领域，用于存储和传输电能。根据QYResearch的统计和预测数据，2016年至2021年，全球磁性材料的产量从186．59万吨增长至226．67万吨，年均增长率为4．0%，预计到2027年，全球磁性材料的产量将达到344．23万吨，2021年至2027年的年均增长率为7．2%。我国凭借资源和劳动力优势，以及产业链和市场的配套支持，已发展成为全球磁性材料主要的生产基地和销售市场。根据中国电子材料行业协会磁性材料分会的统计，2020年中国磁性材料产业的总产值已经超过800亿元。（二）软磁铁氧体市场的基本情况软磁铁氧体是软磁材料中的重要品种，其工业化生产可追溯至20世纪40年代，半个多世纪以来，软磁铁氧体的电磁性能、工艺成熟度、生产规模和自动化水平不断提升，满足下游不断更新的应用需求。由于软磁铁氧体在中高频条件下功率损耗较低，具有良好的机械加工特性，技术路径相对成熟，因而在家用电器、计算机、手机通讯等领域中被广泛应用，用于制造成电子变压器、电感等各类电子磁性元件。伴随着无线充电、新能源汽车、光伏发电、绿色照明等新兴市场的崛起，软磁铁氧体的应用范围和市场需求将持续保持良好增长。我国软磁铁氧体的生产起步于20世纪50至60年代。受益于家电产业链的带动，20世纪80至90年代我国软磁铁氧体的工业化生产得到高速发展，企业数量不断增加，产量规模迅速扩大。国外知名磁性材料生产企业亦逐渐加大在我国投资建厂的力度，带动我国磁性材料生产规模、生产技术和产品性能的提升。根据中国电子材料行业协会磁性材料分会的统计，2020年我国软磁铁氧体的产量接近40万吨，同比增速约10%，产值约147亿元，我国已成为全球规模最大的软磁铁氧体生产国。同时，中国未来软磁铁氧体的产量将会以10%的年均增速向前发展，增速超过世界软磁铁氧体材料每年6%的年均增速。全球磁性材料产量软磁铁氧体材料属于磁性材料的一种，磁性材料是国民经济生产过程中重要的基础性材料，广泛应用于电子、电力、信息、机械、交通、新能源、医疗卫生、国防等领域，用于存储和传输电能。数据显示，全球磁性材料产量由2016年的187万吨增长至2021年的227万吨，复合年均增长率为4．0%。相关研究机构预测，2022年全球磁性材料产量将达242万吨。两大材料路线不断迭代，金属软磁粉芯综合性能突出金属软磁粉芯和非晶纳米晶是当前并存的两大高端软磁材料发展路线。金属软磁粉芯不仅改善了传统金属软磁磁导率不高的缺陷，并且达到了远超铁氧体软磁的饱和磁感应强度，综合性能优良。而非晶纳米晶除去成本劣势，综合性能更为优异，并具有制造节能、应用节能、回收节能的特点，是全生命周期绿色可循环材料。金属软磁粉芯是由绝缘介质包覆的磁粉压制而成的软磁材料，是当今软磁材料领域综合性能最佳的软磁材料。软磁粉芯的磁性能，结合了金属软磁材料和软磁铁氧体的优势，由于其粉末采用的是铁磁性颗粒，饱和磁感应强度高，同时因为有绝缘层的存在，其电阻率也较高。成型工艺方面，其相较非晶软磁成熟，可塑性强。软磁粉芯可以同时满足高频（KHz~MHz）使用和体积小型化的需求，并且可以加工成环形、E型、U型等，以满足不同的应用场合。金属软磁粉芯可分为铁粉芯、羰基铁粉芯、铁硅铝磁粉芯、铁硅磁粉芯、高磁通磁粉芯、铁镍钼磁粉芯。在合金金属软磁粉芯材料中，金属铁镍类粉芯材料性能优异，但由于价格昂贵难以大规模地被采用。铁基非晶类粉芯材料，虽具有良好的磁芯损耗与饱和特性，但在技术上仍然存在可靠性、磁芯成型的压制性等结构性问题短时间难以彻底解决，大批量生产与使用仍然难以实现，在中高频工作条件下，铁硅类金属磁粉芯软磁材料是能够满足要求的理想材料之一。铁粉芯：以纯铁粉为原料，经表面绝缘包覆后采用有机粘合剂混合压制而成。被广泛应用于储能电感器、调光抗流器、EMI噪音滤波器、DC输出/输入滤波器等。羰基铁粉芯：由超细纯铁粉制成，具有优异的偏磁特性合良好的高频适应性。其直流偏置特性远优于其他磁粉芯，是制造高频开关电路输出扼流圈、谐振电感及高频调谐磁芯芯体较为理想的材料。铁硅铝磁粉芯：由85%Fe、9%Si、6%Al的合金粉末生产出来的一种软磁复合材料，适用于功率因数校正电路（PFC电感器）、脉冲回扫变压器合储能滤波电感器。铁硅磁粉芯：开发相对较晚，由94%Fe和6%Si的合金粉末制成，适用于大电流下的抗流器、高储能的功率电感器、PFC电感器等，在太阳能、风能、混合动力汽车等新能源领域中被广泛使用。高磁通磁粉芯：磁通密度最高的磁粉芯，具有优异的直流偏置特性、低损耗和高储能特性。高磁通磁粉芯非常适用于大功率、大直流偏置场合的应用，如调光电感器，回扫变压器、在线噪音滤波器、脉冲变压器和功率回数校正电感器等。铁镍钼磁粉芯：由17％Fe、81％Ni和2％Mo的合金粉末制成的一种粉芯材料，也称钼坡莫合金磁粉芯，具有高磁导率、高电阻率、低磁滞和低涡流损耗的特性。在磁粉芯领域中，铁镍钼磁粉芯的损耗是最低的，同时也具有最佳的温度稳定性。适合用于回扫变压器、高Q滤波器、升压降压电感器、功率因校正电感器（PFC电感器）、滤波器等。非晶纳米晶软磁材料兼具饱和磁感应强度高、磁导率高、损耗低、良好温度特性和温度稳定性等优点，是传统硅钢、铁氧体和坡莫合金的替代产品，被誉为二十一世纪新型绿色节能材料，广泛应用于信息通讯和电力电子行业，推动并实现了电子产品向节能、小型化、高频化方向发展。非晶合金又称液态金属、金属玻璃，是一种新型软磁合金材料。主要包含铁、硅、硼等元素。其主要制品非晶合金薄带的制造工艺是采用急速冷却技术将合金熔液以每秒106℃的速度急速冷却，形成厚度约0．03mm的非晶合金薄带，物理状态表现为金属原子呈无序非晶体排列。得益于上述极端生产工艺形成的特殊原子结构，非晶合金具有低矫顽力、高磁导率、高电阻率、耐高温腐蚀和高韧性等优异特性。非晶合金因其高效电磁能量转换效率的材料特性在节能减排方面具有优势。目前，非晶合金材料主要应用于配电变压器领域。相比硅钢材料，非晶合金材料具有突出的节能环保特性，是制造节能、使用节能、回收节能的全生命周期可循环绿色材料。在应用侧，非晶变压器空载损耗较硅钢变压器降幅可达到60%左右，实现使用节能；在回收侧，废旧的非晶铁心可通过中频炉重熔后制成非晶合金薄带，非晶铁心中的硅、硼元素基本可以实现回收再利用，实现回收节能。纳米晶主要指铁基纳米晶合金，是由铁、硅、硼和少量的铜、铌等元素经急速冷却工艺形成非晶态合金后，再经过高度控制的退火环节，形成具有纳米级微晶体和非晶混合组织结构的材料。纳米晶材料得益于其高饱和磁密、高磁导率、高居里温度的材料优点，相比较于铁氧体软磁材料，在追求小型化、轻量化、复杂温度的场景下，有着显著优势。其主要用于生产电感元件、电子变压器、互感器、传感器等产品，可以应用于新能源汽车、消费电子、新能源发电、家电以及粒子加速器等领域。特别是近年来纳米晶合金材料在新兴产业领域无线充电模块和新能源汽车电机等应用的逐步推广，使其逐步打开了广阔的市场增长空间。软磁材料在光伏发电和储能领域主要应用于逆变器的生产。光伏逆变器和储能逆变器在很大程度上同源，两大产业相互促进，协同发展。光储逆变器，作为光伏发电系统的核心设备，其工作原理是将光伏太阳能板所产生的可变直流电压转换成为市电频率交流电压，反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。当用电低谷期电量富余时，电网的电能通过逆变器充放电控制器，对蓄电池进行充电储能。未来，逆变器还可继续优化将不规则的交流电转化为正弦波交流电流，输出的电流更稳定、安全，适用范围广、便于远距离传输，市场前景广阔。储逆变器主要分为集中型、组串型、集散型、微型等。软磁材料主要应用于集中型和组串型逆变器。集中型逆变器的软磁用材主要是硅钢片，通过串联并行组串产生的电流，将直流电逆变为交流电。由于占地面积大，通常建造在戈壁沙漠等地区，应用于大型商业屋顶、工业厂房等。由于需要输出较大电流，即需要电抗器拥有较高的抗饱和能力，因此选取铁损率低、质量大的硅钢片。目前已研发出用取向硅钢片替代无取向硅钢做驱动电机定子，提高效能；组串型逆变器的软磁用材主要是金属软磁粉芯，为每个光伏组串配备一个逆变器，以并联的方式并网，主要应用于小型商场屋顶、停车场、居民住宅等。由于组串型逆变器开关频率较高，因此选用低功率损耗、低矫顽力的金属软磁粉芯。光伏电站项目迈入平价上网时代，资本投资出现爆发式增长。根据中国光伏行业协会及国际能源署数据，2021年全球和中国新增光伏机装机容量分别为175GW和55GW，同时光伏产业政策利好不断，据国家发改委、国家能源局印发《十四五现代能源体系规划》，要求加快推进大型风电光伏基地项目建设，预计2022年全球新增光伏装机容量为250GW，2025年有望达到518GW，2022-2025年CAGR为30%左右。分布式占比提升带动高性能软磁材料的需求快速增长。分布式光伏电站是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，集规模灵活可调、污染少、利用率高等优点。2022年3月，住建部《十四五建筑节能与绿色建筑发展规划》提出：到2025年，全国新增建筑太阳能光伏装机容量50GW以上。2022年5月，欧盟发布太阳能战略，提出充分开发屋顶太阳能。在全球降碳和能源自主趋势下，分布式光伏或将迎来历史性机遇。2017年至2022年，我国分布式光伏装机容量由19．4GW扩大到51．1GW。分布式光伏电站的发展带动了组串式逆变器需求的提升，中国组串式逆变器的渗透率由2017年的38%提升至2022年的59%，利好金属软磁粉芯市场。目前，华为已推出325KW组串式逆变器，将对500KW集中式逆变器形成替代。未来，高效能低成本的组串式逆变器还将进一步扩大其市场份额，金属软磁粉芯材料需求将持续旺盛。逆变器替换需求同样为金属软磁粉芯带来可观的增量市场。光伏组件的寿命一般为20-25年左右，在组件的寿命周期中，至少需要更换一次逆变器。假设10年更换一次逆变器，预计2025年全球光伏逆变器替换需求为51GW。预计2025年金属软磁粉芯在光伏逆变器领域需求量7．85万吨，复合增速31%。根据行业生产数据，目前光伏领域软磁用量为200吨/GW，考虑到材料升级可能使光伏领域单耗降低，保守预计2025年光伏领域单位软磁用量为180吨/GW。按照2025年全球55%的分布式光伏电站占比进行测算，2025年光伏逆变器金属软磁粉芯用量7．85万吨，三年复合增速31%。储能技术发展为目前新能源发电领域最重要的环节之一。源—网—荷—储是新型电力系统中不可或缺的四类要素。储能技术有着巨大的价值。新能源并入电网后，储能在功率上能够实现实时平衡、提升系统容量系数与能源消纳能力，削峰填谷，从而为能源安全提供保障，是新型电力系统、现代化能源体系的重要组成部分。在目前用电成本高、电网协调能力弱、供电可靠性不足的情况下，储能技术的发展尤为重要。储能市场政策足够好、赛道足够宽。2022年以来，政策层面对储能行业给予了极大关注，一系列利好政策持续出台：1月，《十四五新型储能发展实施方案》设定了新型储能的发展目标；6月，仅地方性储能政策就发布了48条，涉及储能补贴、储能装机规划、储能设施建设等方面。在政策利好之下，储能行业发展增势迅猛，新能源+储能项目快速在全国范围内铺开。2023年或将成为大储之年，软磁材料储能市场需求爆发在即。根据行业生产数据，储能所需的金属软磁粉芯单耗为200吨/GW。预计2023年全球储能新增装机量50GW，同比增长120%，2025年或将达到146GW，据此测算，全球储能领域软磁需求量达2．92万吨，2022-2025年CAGR约为85%。软磁材料主要应用于新能源汽车板块的充电桩、车载AC/DC充电器、车载DC/DC变换器三个应用领域。AC/DC充电器能将输入的交流电以直流电的方式输出，是为动力电池充电的装置；DC/DC变换器能将高压小电流转化为低压大电流，用于为车上其他电子器件供电。此外，软磁材料还应用于汽车其他部件如无钥匙系统、音响喇叭、倒车影像等。充电桩领域软磁材料最广泛的应用是软磁粉芯制成的高频PFC电感，起储能、滤波作用，铁硅磁粉材料磁感应强度大，所占体积小，耐用性强，叠加分段气隙磁芯技术，可以有效规避传统变换器工作时磁通密度振幅过大、高损耗高温等缺陷，减少气隙损耗，提高转换效率、使用寿命、安全性和可靠性。软磁材料或将为新能源车实现无线动态充电模式。随着无线充电机在新能源车中应用更为广泛、所需功率加大，未来这将成为合金软磁的又一增量市场。与传统充电相比，无线充电具有安全性、灵活性，尤其是在动态充电模式，能够对行驶过程中的电动汽车进行实时充电，更能满足消费者对电动汽车续航的要求。高电压趋势是金属软磁粉芯需求的新看点。金属软磁粉芯主要用于EV车型的OBC电感，单车用量0．7kg，以及PHEV车型的升压电感和OBC电感，单车用量3．3kg。根据目前纯电动车和混合动力汽车的销售占比，平均每辆新能源车的金属软磁粉芯用量约1．22kg，对应2022年全球新能源汽车对金属软磁粉芯的需求为1．32万吨。为了应对EV车型续航短、充电慢等问题，行业内提出了将电压升高，由400V升至800V的解决方案，实现这一解决方案需要在DC/DC变换器上再安装一个升压电感，这将使EV车型的单车用量由原先的0．7kg提升至2．7kg左右，提升率约为300%。按照2025年平均每辆新能源车单耗2．82kg进行测算，则全球新能源车软磁需求量将达到6．60万吨，2022-2025年CAGR为71．0%。新能源车保有量增加带来充电桩需求提升，欧美市场充电桩放量可期。根据中国充电联盟统计，2017年我国公共+私人充电桩总数约45万个，2022年达521万个，2017-2022年CAGR为63．2%，2022年加快充电桩建设节奏，充电桩总数同比增长99%，车桩增加比为2．65：1。2023年2月，工信部发布《关于组织开展公共领域车辆全面电动化先行区试点工作的通知》，政策要求新增公桩与公共新能源车推广数量比例力争达到1:1，以及我国公共停车区域未配建充电桩比例仍有32．20%，两者都存在一定的下降空间。全球来看，2021年欧洲新能源车桩保有量之比高达12．3：1，美国车桩保有量之比高达15．9：1。2022年8月，美国制定《削减通胀法案》（IRA）扩大税收抵免上限：计划从2023年开始将单个充电站的税收抵免限额从3万美元扩大至10万美元。补贴政策力度加大，预计充电桩将迎来加速建设期。全球软磁铁氧体行业市场现状我国软磁铁氧体的生产起步于20世纪50至60年代。受益于家电产业链的带动，20世纪80至90年代我国软磁铁氧体的工业化生产得到高速发展，企业数量不断增加，产量规模迅速扩大。国外知名磁性材料生产企业亦逐渐加大在我国投资建厂的力度，带动我国磁性材料生产规模、生产技术和产品性能的提升。智能制造水平提升促进软磁铁氧体行业进步中国制造2025强调通过现代信息技术促进制造业产业升级，智能制造是制造业发展的长期重要方向。近年来，我国智能制造技术水平不断提升，智能化、信息化、自动化和工业化进一步融合。针对研发活动、生产制造、内部管控、营销服务等环节的智能化、信息化和自动化改造，有利于行业内企业提升产品一致性，提高生产效率，降低生产成本，改善生产环境。同时，智能管控体系能够实现生产过程的数据可视化、设备可视化，积累大量生产原始数据，能够推动企业对于各项生产环节进行研究和改进，加速新材料、新生产工艺的迭代升级。影响软磁铁氧体行业发展的机遇和挑战（一）软磁铁氧体行业发展机遇1、软磁铁氧体行业下游应用需求快速增长与其他软磁材料相比，软磁铁氧体在材料中高频损耗和技术成熟度具备一定竞争优势，终端应用场景广泛，其用途的基础性和普遍性使其需求增长呈现出较为稳定的特征；同时，近年来伴随新能源汽车、光伏发电、5G通讯等行业迅速发展，下游电子化场景的增加带动电子磁性元件需求量的增加，对于磁性材料的性能要求也更高，新兴应用场景将成为软磁铁氧体未来重要的需求增长点，高性能、高可靠度、高环境适应性的软磁铁氧体将迎来更广阔的增长空间。《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023年）》中提出到2023年，我国电子元器件的销售总额将达到21，000亿元，下游应用需求的快速增长为软磁铁氧体材料的规模增长和技术创新提供良好的外部环境。2、软磁铁氧体行业产业政策的有利支持电子元器件产业是工业体系中的基础性和先导性产业，国家在产业政策层面积极支持电子元器件行业进行关键短板产品和技术攻关。软体铁氧体材料作为电子元器件产品产业链上游的关键电子材料，高性能的软磁铁氧体对制造业体系产业升级具备重要的战略性意义，长期受到国家产业政策的有利支持。国家统计局发布的《战略性新兴产业分类（2018）》中将高端专用磁性材料列入重点产品和服务目录，国家工信部发布的《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023年）》中明确要在磁性材料等电子元器件上游配套关键产业实现技术突破，重点发展高磁导率、低磁损耗的软磁元件。产业政策的支持将促进电子元器件及电子材料产业规模扩大、技术水平提升，行业内大型企业综合竞争力的增强。3、软磁铁氧体行业智能制造水平提升中国制造2025强调通过现代信息技术促进制造业产业升级，智能制造是制造业发展的长期重要方向。近年来，我国智能制造技术水平不断提升，智能化、信息化、自动化和工业化进一步融合。针对研发活动、生产制造、内部管控、营销服务等环节的智能化、信息化和自动化改造，有利于行业内企业提升产品一致性，提高生产效率，降低生产成本，改善生产环境。同时，智能管控体系能够实现生产过程的数据可视化、设备可视化，积累大量生产原始数据，能够推动企业对于各项生产环节进行研究和改进，加速新材料、新生产工艺的迭代升级。（二）软磁铁氧体行业面临挑战1、软磁铁氧体行业竞争和产能集中于中低端产品目前我国软磁铁氧体行业存在大量产能规模较小、产品质量档次较低的中小生产厂商，小规模生产厂商生产技术落后、生产自动化程度低、管理模式粗放，市场竞争手段主要依靠低价策略。因此，当前我国软磁铁氧体行业呈现出大而不强的局面，行业竞争和产能集中于中低端产品，不利于行业良性市场竞争秩序的构建和产品结构的转型升级。2、软磁铁氧体行业技术水平和自主创新能力偏弱与TDK，FDK为代表的日系生产厂商相比，国内厂商在高性能产品的研发创新、生产工艺成熟度和生产设备的控制精度上仍存在一定差距。目前国内主要厂商仍然以TDK生产的产品牌号作为对标标准，行业内重大的产品创新仍由TDK等国外企业主导。国内软磁铁氧体行业的生产技术和自主创新能力仍有待于提升，从而提升在国际市场的影响力和话语权。3、软磁铁氧体行业原材料价格波动挤压行业利润2021年以来磁粉生产所需原材料氧化铁和氧化锰的价格大幅向上波动，导致本年磁粉供应紧张、采购价格显著上涨。而磁芯行业竞争格局较为分散，销售定价调整具有滞后性，原材料价格波动导致磁芯行业利润短期内受到明显挤压。软磁铁氧体行业未来发展趋势（一）高性能软磁铁氧体发展空间广阔当前下游终端应用产品正逐渐走向轻薄化、小型化、集成化，下游电子磁性元件需要在体积小型化的同时实现较高的功率输出，这要求软磁铁氧体材料需达到更高的功率密度，未来软磁铁氧体材料将进一步向宽温宽频、高饱和磁通密度等方向发展，满足消费电子、家用电器行业产品升级，以及新能源、光伏、5G通讯等新兴行业发展的需要。对于功率类材料，未来需要尽可能在更高频率和更高电流的环境下都具备良好的电磁性能，提升能量转换的效率，因而需具备更高的饱和磁通密度和更低的功率损耗；对于高导类材料，除提升量产材料的磁导率水平外，还需要使材料在更宽的频率范围内都具备良好的阻抗特性。此外，以光伏发电、新能源汽车、5G通讯为代表的新兴应用场景均处于户外更加复杂的环境中，因而需要软磁铁氧体材料具备更高的温度稳定性。总体来看，综合性能和可靠性更优的软磁铁氧体材料更契合下游发展趋势和产业政策的方向，在单品附加值和应用数量上发展前景都更为广阔。（二）软磁铁氧体行业产品定制化，个性化要求逐步加强伴随着终端电子产品更新换代的速度不断提升和新兴领域的迅速拓展，电子变压器、电感器等电子磁性元件的升级速度也进一步加快。软磁铁氧体生产企业需要结合下游客户的实际应用场景，定制化调整产品的材质和尺寸，甚至从原料端配合客户，设计出符合客户个性化需求的产品。未来软磁铁氧体材料的生产将由大批量单一生产逐渐向多品种小批量生产转化，行业内企业需要不断提升针对差异化客户需求进行同步开发、快速响应的能力。（三）软磁铁氧体行业技术和规模领先的企业竞争优势凸显当前我国软磁铁氧体行业存在大量小规模的生产厂商，以上企业集中于中低档产品进行竞争，在技术水平和生产规模上都处于较低水平。伴随着未来我国消费电子、网络通信、汽车电子等领域的产业升级，下游产品对于软磁铁氧体材料的外观尺寸、综合性能、一致性