为新能源等产业筑基，重点新材料发展浅析

作者 | Frank Sun

编辑 | Jason

新材料的价值逻辑

2021年初，财政部和工信部联合发布了《关于支持“专精特新”中小企业高质量发展的通知》，重点支持 1000余家国家级专精特新“小巨人”企业，为其提供资金补助。21年7月，政治局会议中提出强化科技创新和产业链供应链韧性，加快“卡脖子”难题解决进度。同年8月，国资委将工业母机、高端芯片、新材料、新能源汽车等作为关键领域，开展补链强链专项行动。而今年的二十大报告中，首次出现“以新安全格局保障新发展格局”，可见在百年未有之大变局和复杂的地缘博弈形势下，我国在产业政策上已开始考虑“经济安全”的概念，而不是单纯的经济收益。

国资委点上述几大产业并不是兴之所至，而是可以从中看出严谨的内在逻辑。制造业概言之就是对原材料进行各种加工而制成工业品，一个是原材料问题、另一个是加工问题。

所以说，新材料的价值就体现在这一逻辑框架中。现代制造业已经高度复杂化，所使用材料的水平往往能直接影响产成品的质量，同时部分材料的提炼加工又需要极高的科技工艺水准。

概念上，新材料是指新近发展或正在发展的具有优异性能的结构材料和有特殊性质的功能材料，主要包括磁性材料、复合材料、超导材料、能源材料、智能材料、纳米材料等等。每种材料都是不可或缺的“螺丝钉”，但相对而言，磁性材料和复合材料的战略价值可能更为显著，对于当前的新能源、大飞机、电子信息等重点产业的发展更为重要。

磁性新材料的价值

磁性新材料大致可分为永磁材料（硬磁材料）和软磁材料，在各大产业中应用极为广泛。磁性材料是电机/机电必不可少的物理部件，而电机/机电又是现代工业和人类文明的重要基础构件；特别是我国正重点发展的新能源汽车（由传统发动机替换为电机）、风电（即风力推动发电的机电）产业，故而永磁材料作为一种性能优化的磁性材料是上述重点产业里的重点材料。

而软磁材料除了在传统的电子信息产业有广泛的应用外，云计算、大数据、5G、物联网、无线充电等新兴技术的发展也离不开软磁材料；特别需要指出的是，合金软磁粉芯制成的电感元件是光伏逆变器中的重要构件。也就是说，以钕铁硼材料、合金软磁粉芯等为代表的磁性新材料对于新能源汽车、风电、光伏这些事关我国能源安全的重要产业和电子信息产业都不可或缺，因此其影响对于我国的经济安全而言是战略级的。

如前所述，磁性材料是电机/机电必不可少的物理部件，而以钕铁硼为代表的永磁材料相比普通磁性材料能明显提升电机/机电的效率。由表可见，当电机负载率达到100%时，普通电机和永磁电机的效率相差尚可，仅有几个百分点；但当负载率较低或是再增高时，普通电机的效率明显下降，而永磁电机仍能维持在95%左右的高位；性能所涉及的不仅是效率或者说是效费比问题，更是可靠性和能否达标的问题。

所以由于电机/机电的广泛应用，对于钕铁硼等永磁材料的需求也成为了稀土下游消费的重要一环。在我国的稀土消费结构中，永磁材料的占比达到42%；而在全球，永磁材料的消费量为35%，而消费价值则高达91%（也从侧面说明我国是全球最主要的制造业大国、在工业领域对稀土需求量相对较大；而全球则更侧重消费端）。

新能源汽车领域，在主要的发动机改为电机的同时，由于智能化水平的提升，大约使用超过140个的小型电机，电机的增加自然意味着稀土永磁材料的用量增加，约占新能源汽车中稀土用量的60%。据相关预测，预计2030年海外新能源汽车产量可达2578.4万辆左右，对应的钕铁硼材料消费量预计可达7.8万吨左右；而到时国内新能源汽车产量可达1950万辆左右，对应的钕铁硼永磁材料消费量预计可达6万吨左右。

新能源领域的另一板块风力发电系统甚至更是如此，因为其核心就是一带有叶片的大型机电——风力发电机，而磁体则是风能（机械能）转化为电力的核心构件。故而在碳中和理念下，风电的发展也对永磁材料需求强劲。据相关预测，到2030年全球风电系统对钕铁硼材料的用量可达3.37万吨。

此外，传统的电机领域中钕铁硼作为磁性新材料也有较广的应用空间。根据工信部的《2013年工业节能与绿色发展专项行动实施方案》数据，工业领域用电大多是通过电机来转化为机械能（13年数据占比达到75%左右），同时我国电机的运行效率相对较低（低于国际先进水平十余个点）；如能将我国电机的平均效能提升1个百分点，则每年就可节约用电260亿度，而总体节电潜力可达1300至2300亿度，可相当于2至3个三峡水电站的年发电量。采用钕铁硼材料的稀土永磁电机能大幅提高效能、故而节能潜力较大（ 18年我国稀土永磁电机的渗透率只有4.33% ）。

钕铁硼材料作为最主要的永磁材料，是以钕铁硼化合物Nd2Fe14B为基础，通过熔炼、制粉、成型取向、机械加工等工序制成，按工艺可分为烧结钕铁硼、粘结钕铁硼、热压钕铁硼等，其中烧结钕铁硼占钕铁硼永磁总量94%。我国是钕铁硼材料的主要生产国（需要以稀土产业为基础），根据中国稀土行业协会数据，2019 年我国钕铁硼材料的产量占全球的将近90%；其中最主要的烧结钕铁硼毛坯产量为17万吨，占当年全球总产量的94.3%；而当前高性能的钕铁硼材料产量约4.7 万吨，占据全球总产量的近 70%。在我国重视碳中和、绿色理念，重点发展新能源产业的情况下，后续永磁材料的产量和品质还会有所提升。

除了永磁新材料（硬磁材料）外，软磁新材料作为电子、信息等产业的基础材料之一，具有磁电转换的特殊功能，故而在通讯、影音、电能变换、抗电磁干扰、无线充电等场景都必不可少，几乎在所有行业都有广泛应用。

具体原理上，磁芯是电感元件的核心部件，电感元件中的磁芯大都采用软磁材料，具体包括软磁铁氧体、金属软磁粉芯、硅钢片、坡莫合金等。其中，使用软磁铁氧体磁芯的电感元件主要用于笔记本适配器、各种开关电源变压器、LCD背光抗源逆变器、点火线圈等；而使用金属磁粉芯材料的电感元件其性能更好，能够在高频率环境下使用，主要应用于高频电感，同时是光伏逆变器功率电感器的最佳选择。

光伏产业作为新能源的重要组成部分，近年来在我国和全球都得到了较快的发展，后续也仍然有较为广阔的空间。光伏逆变器离不开合金软磁粉芯制成的电感元件；而光伏逆变器的主要功能是将光伏组件所产生的直流电转变为可用于并网发电的交流电，从而保证发电系统获得最大的输出功率，这是光伏发电必不可少的核心装置。

除了金属软磁粉芯，另一类软磁体——软磁铁氧体则是通讯行业电子元件所需的核心材料。软磁铁氧体是以三氧化二铁为主要成分的亚铁磁性氧化物，由于在高频下具有高磁导率、高电阻率、低损耗等功能性特点，同时又有成本低、性能稳定、机械加工性能高、易于批量生产等经济工艺特点，故而在涉电子类的诸产业中都有广泛应用。

目前软磁铁氧体的生产主要集中在我国和日本，据中国电子元件行业协会的统计，2020 年我国产量接近 21 万吨、占全球总量的 60%，具有较为明显的规模优势，但高端的技术暂还未掌握。日本在该领域的技术优势较为明显，主要企业包括TDK、 Toda Kogyo Corporation、日立金属等。此外，美国、韩国和德国企业也有一席之地。

随着云计算、大数据、5G、物联网、无线充电等新兴技术发展，社会的信息化、电子化程度还将进一步提高，对软磁铁氧体等材料的需求无论数量还是质量还会进一步提升。

复合新材料的价值

复合材料一般指由两种或两种以上异质、异型、异性材料（一种作为基体材料，其它作为增强材料）复合而成的具有特殊功能和结构的新型材料。其中基体材料包括金属和非金属两类，前者主要是铝、镁、铜、钛及其合金；后者主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料则主要有碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须和金属等。

按用途，复合材料主要可分为结构复合材料和功能复合材料两大类，前者是作为承力结构使用的材料，往往在质量等性能方面优于传统结构材料；而后者能提供除机械性能以外的其它物理性能，如导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸波、透波、摩擦、屏蔽、阻燃、防热、吸声、隔热等。结构复合材料应用最为普及和重要的是碳纤维复合材料；而功能复合材料则品类较多，如近年来在新能源与电子信息领域有广泛应用前景的复合铜箔材料、以及智能设备触控屏所必不可少的OCA 光学胶等。

▲图表来源《 2021全球碳纤维复合材料市场报告》

以碳纤维为基础的结构复合材料，可能是最广为人知、也应用最为广泛的复合材料，从日常的户外登山杖、滑雪板，钓鱼竿，到风电、大飞机、高铁、地铁等的构件，几乎在生活中的各个领域都有广泛应用。

▲随着绿色投资的兴起、风电领域（制造叶片等）已是国内碳纤维的第一大需求。

从我国实际情况来看，随着绿色投资的兴起，风电领域已是碳纤维的第一大需求，主要是碳纤维复合材料制作风电叶片，2021年达2.25万吨、占比36.1%。体育休闲用量1.75万吨、占比28.1%；作为通用的碳碳复材用量7000吨、占比11.2%，此外在压力容器、航空航天、汽车、电子电气等领域也有较广泛需求。整体来看，2021年我国碳纤维的总需求为6.24万吨，同比增长27.7%，其中，进口量为3.31万吨（占总需求的53.1%，同比增长9.2%），国产供应量为2.93万吨（占总需求的46.9%，同比增长58.1%）。当前总体情况是市场供不应求，故而近年来我国碳纤维的产能在建和投产量也较大，尽管目前国产纤维材料在品质和生产成本上还逊于国际先进水平，但相信凭借我国的规模效益和市场容量，后续均会有明显改进。

再和全球总量比较，我国对碳纤维的应用确实还大有可为，如航空航天、风电叶片、汽车、压力容器、混配模型成型、船舶、电缆芯等相对高端的制造业领域，其应用比例和我国制造业在全球制造业中约30%的比例相比，还明显偏低。而高端领域的应用，恰恰是最能体现以碳纤维为基础的复合材料价值的领域。

以航空航天复合材料为例，虽然该行业用量只占到需求的 3.2%，但是其价值量却占到了整个市场的 30%左右；而用量最大的树脂基碳纤维复合材料，其用量占比为14.0%，但价值量占比也达到了45.6%。航空航天用碳纤维复合材料主要是小丝束碳纤维，有高质量、高强度、高模量的要求，因此价值量较高。

目前，我国无论是民用还是军用领域，航空航天发展都进入了快车道。在民用领域随着国产大飞机C919的投入运营和逐步市场化，在军用领域随着我国歼20、歼16、歼10C、运20等机型的成熟，我国空军机队强化了扩编和更替，这些都会明显提升我国飞机产量，从而产生对高端复合材料的巨大需求。

以民用飞机为例，至2040年，我国客机编队规模将从2020年的3642架增至9958架，同时民航客机普遍机型较大，复合材料绝对用量多。

而在军用飞机领域，根据《World Air Forces 2021》数据，目前我国军用飞机总计仅有3260架，远少于美国的13232架，同时二代机比例高，在当前的地缘政治形势下，我国军用飞机的大规模补充更新势在必行。

军用战斗机、教练机等虽然机型偏小，但其对飞机性能要求高、复合材料使用比例高，如C919当前复合材料用量占比为11.5%（后续还会提升），明显低于上世纪九十年代研制的美F22、F35战斗机。

至于功能复合材料，复合铜箔材料后续在新能源与电子信息领域可能会有较好的应用前景。复合铜箔材料主要有三方面的优点：

又比如OCA光学胶，也是一种较为重要的功能复合材料，主要用于智能设备触控屏。OCA 光学胶是用压敏胶做成双面胶带，然后在上下层各贴合一层离型薄膜制成的特种粘胶剂。具有无色透明、光透过率90%以上、胶结强度良好、可在室温或中温下固化、且固化收缩等优点，目前被广泛应用于智能手机、平板等消费电子产品的触控屏幕，并实现触控屏幕中保护玻璃、触摸屏和显示屏这三部分的贴合。

由于OCA光学胶关乎触控屏使用寿命，故而对产品质量要求极高，其数十种参数在全使用周期中每种参数的波动幅度不能超过3%，特别是“打孔屏”在智能手机中的广泛应用，更是对其光学、粘接、抗老化、抗气泡等性能提出了更高的要求，故而客户需求比较集中于知名供货商企业。市场主要被美日韩三国企业占据，如美国3M、德莎、日本三菱、日东电工、韩国LG、SKC等；但国内企业也正逐步切入，头部企业包括新纶科技、佳诚集团、正贤实业等。

其他新材料概述

除此之外，还有超导材料、能源材料、智能材料、纳米材料等等。

1.《磁性材料系列报告之一：稀土永磁：稀土盛世，永磁春天》，中信证券；

2.《有色金属行业深度报告：磁性材料未来电气化大时代的核心材料》，浙商证券；

3.《电力设备新能源行业周报：铜箔已是池中物，复合材料迎新春》，东海证券；

4.《中航高科(600862)首次覆盖报告：卡位核心赛道，航空复合材料预浸料龙头》，西部证券；

5.《2021全球碳纤维复合材料市场报告》，中国复合材料学会。