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1.1、软磁材料经历了金属-铁氧体-非晶-纳米晶的发展历程
磁性材料是指具备强磁性的物质,按使用可分为软磁材料、硬磁材料和功能 磁性材料。软磁材料在磁场作用下非常容易磁化,同时取消磁场后又很容易 退磁化,具有较高的磁导率、较高的饱和磁感应强度、较小的矫顽力,磁滞 损耗小,应用于变压器、继电器、电感铁芯、继电器和扬声器磁导体、磁屏 蔽罩、电机定子转子等。而硬磁材料通常难磁化、难退磁、剩磁高、矫顽力 大,主要作为磁场源用于储藏和供给磁能,应用于各种电机、仪表、设备等。
从软磁材料的发展历程来看,经历了金属软磁材料——铁氧体软磁材料—— 非晶软磁材料——纳米晶软磁材料的过程,向综合性能更优化方向发展。
金属软磁:金属软磁是最早出现的第一代软磁材料,最早可追溯到 19 世纪中期,电动机和发电机的发明使得以硅钢为代表的金属软磁材料得 到了迅速的发展,此后二元系(铁镍、铁铝、铁钴等)、三元系(铁硅铝、 铁钴钒、铁镍钼等)等多元合金软磁材料相继问世,这些材料在高频应 用时的损耗情况相较于 Fe-Si 系软磁合金材料明显优化。但金属软磁材 料的电阻率总体较低,在高频下会产生较大的涡流损耗,随着使用频率 的提高,其应用逐步受到限制。
铁氧体软磁:20 世纪 30 年代,第二代软磁材料——铁氧体软磁出现, 最早由荷兰 Philip 实验室的 Snoek 研制成功,其电阻率高,相较金属软 磁可适用于更高频的应用。常见的软磁铁氧体包括锰锌(MnZn)铁氧体、 镍锌(NiZn)铁氧体和镁锌(MgZn)铁氧体,铁氧体软磁材料在 20 世 纪 50-80 年代经历了黄金发展时期,并广泛应用于偏转线圈、变压器、 电感器以及扼流圈等电子元件,逐步在电脑、办公自动化等电子信息技 术领域及视听设备、家用电器、绿色照明等终端产业领域实现快速渗透。 铁氧体软磁虽然在高频段应用时的损耗较金属软磁大大降低,但饱和磁 感应强度明显低于金属软磁材料,此外,铁氧体软磁的初始磁导率不高, 在磁能密度较高的低频强电和大功率领域的应用受到限制。
非晶软磁:非晶软磁材料的研发始于 20 世纪 60-70 年代,80 年代美国 Allied Signal 公司建成 7000 吨非晶带材生产厂,并先后推出命名为 Metglas 的铁(Fe)基、钴(Co)基和铁镍(Fe-Ni)基系列非晶合金带 材,成为非晶合金实现产业化的重要标志。非晶软磁材料是通过在某些 金属软磁(含铁、镍等铁磁性元素)的冶炼过程中加入玻璃化元素(硅、 硼、碳等),通过快淬技术使其成为非晶态。非晶软磁的饱和磁感应强度 高于铁氧体软磁,同时电阻率大大高于金属软磁材料,综合性能较第一 代金属软磁和第二代铁氧体软磁更优。但非晶软磁在部分性能上仍存在 一定的局限性,如铁基非晶初始磁导率相对不高,磁致伸缩系数较大, 弱场磁性较差;钴基非晶饱和磁感应强度相对较低,在磁性器件体积的 小型化方面存在一定局限,且钴含量高导致价格较高;铁镍基非晶居里 温度相对较低一些,热稳定性较差。
纳米晶软磁:纳米晶软磁是在非晶合金的基础上通过特殊的热处理工艺 得到的晶粒在纳米级别的软磁合金,最早是在 1988 年由日本日立金属的 Yoshizawa 等人研发。纳米晶软磁相较于金属软磁、铁氧体软磁、非晶软 磁具备更加优异的综合软磁性能,因此成为高频电力电子应用的理想材 料,同时也更加适应小型化、集成化的发展趋势。以安泰科技的纳米晶 带材为例,纳米晶软磁材料具备以下特性:1)高饱和磁感、高磁导率: 铁基纳米晶软磁合金可同时具有高饱和磁感应强度(1.25T)和高的初始磁导率(>80000),有利于铁芯向体积小、高精度发展。2)低损耗:相 当于铁基非晶 1/5 的铁损,100kHz,300mT 下损耗低至 50W/kg,更低的 温升;3)低矫顽力:静态下矫顽力低至 1.5A/m 以下;4)低磁伸:接近 于零的饱和磁致伸缩系数,因而可实现极低的工作噪音;5)优异的温度 稳定性:在-50℃~150℃温度区间内材料性能的变化率范围±10%;6) 优良的频率特性:在较宽频率范围内具有出色的磁导率特性及低的损耗; 7)磁性能的可调性:可通过施加不同强度的横磁、纵磁或不加磁场的热 处理获得不同类型的磁性能,如低剩磁型、高矩形比型、高磁导率型等。
1.2、供应稳定,需有亮点,无线充电或成重要增长引擎
我国已成为全球规模最大的铁氧体软磁生产国,2011 年以来规模总体稳定。 在几大类软磁材料当中,目前我国非晶、纳米晶软磁材料的产业规模相对较 小,软磁材料的生产以金属软磁和铁氧体软磁为主,其中金属软磁材料的高 频应用又受到其性能的制约,再加上数据可得性原因,我们仅统计了我国铁 氧体软磁的生产情况和需求结构。2011年以来我国铁氧体软磁产量总体稳定, 2018 年生产接近 21 万吨,占全球总产量的 77.77%。
新兴市场领域需求方兴未艾。根据横店东磁和天通股份公告,2019 年软磁材 料下游主要传统应用市场面临增长放缓甚至需求下滑:传统汽车市场持续低 迷,家电市场面临内需不足、中美贸易摩擦的挑战,PC 出货量负增长;但新 兴市场领域需求方兴未艾:云计算、大数据、5G、物联网、无线充电、服务 器、NFC、新能源汽车、逆变器等领域需求保持较高增速。
特别地,无线充电是“从 0 到 1”的市场,有望成为软磁材料需求增长的重 要引擎。随着 2017 年 iPhone 8 和 iPhone X 的发售,苹果正式开启无线充电 时代,三星、华为、小米等各大手机品牌也纷纷加入到无线充电的行列,而 这仅仅是接收端市场,预计咖啡厅、餐厅、办公桌等发射端市场也将雨后春 笋般崛起。除此以外,电动汽车产业的发展也有望带来汽车无线充电产业蓬 勃发展。无线充电有望成为未来几年软磁材料需求增长的重要推动力。
2.1、无线充电技术涉及四大方式+两大标准
无线充电方式主要分为四种:电磁感应、磁共振、无线电波、电场耦合。无 线充电是通过在发射端和接收端采用相应设备,以发射和接收信号,进而实 现电能传输的技术,从技术原理来看,目前实现方式主要有四种:电磁感应、 磁共振、无线电波和电场耦合。
电磁感应:利用电磁感应原理,发射端和接收端各有一个线圈,充电时 在发射端输入电流,发射端线圈产生磁场,由于电磁感应效应,在接收 端线圈中产生一定的电流,从而实现电能的传输。电磁感应式无线充电 具备结构简单、转换效率高等优势,适合短距离充电,是目前应用最为 成熟的无线充电技术,但该技术也面临一定的限制,包括水平方向的位 置自由度较低(需要特定的摆放位置才能实现精确充电)、金属感应接触 存在发热问题,目前市场上,包括无线连接感应壁灯、电动牙刷等产品 的无线充电基本都采用电磁感应这一方式,也是目前主流手机品牌实现 无线充电功能的主要选择。
磁共振:当发射端和接收端在某一特定频率上形成共振,通过共振效应 可以实现电能的传输。磁共振技术的优点在于其可以适用于远距离大功 率的充电,且能够实现对多个设备的同时充电,但目前存在充电效率低 的问题,传输过程中存在较大的能量损耗,电路的调频、特定频段的保 护也是磁共振式无线充电在应用上需要考虑的重要因素,若能够有效解 决低效率、调频等问题,磁共振式无线充电技术有望成为电动汽车无线 充电的主流方式迅速铺展开来。
无线电波:传输系统包括微波源、发射天线、接收天线,主要的原理是 发送端导体中电流强弱的改变会产生无线电波,当接收端接收到通过空 间传播过来的无线电波的时候,由电波引起的电磁场变化会产生谐振效 应,进而在接收端导体中产生电流,从而实现电能的传输。这种方式也 可以实现远距离的电能传输,同时可以自动随时随地实现充电,但传输 功率小,电磁波易受干扰,转换效率低,充电的时间较长。
电场耦合:通过沿垂直方向耦合的两组非对称偶极子而产生的感应电场 来传输电力,其基本原理是通过电场将电能从发送端转移到接收端。电 场耦合技术同样适用于短距离充电,水平方向的位置自由度较电磁感应 方式更高,提高用户使用的便利性,转换效率较高,同时发热较低,但 目前电场耦合式无线充电还存在着体积较大、功率较小的问题。
目前主流的无线充电主要有两大标准:Qi 标准和 AirFuel 标准,此外还有 iNPOFi 标准、Wi-Po 标准等。
Qi 标准:由无线充电联盟(WPC,Wireless Power Consortium)推出, 采用目前主流的电磁感应技术,具备便携性和通用性特征,重点关注低 功耗便携式电子设备,包括诺基亚、三星、华为等均为其联盟成员。
AirFuel 标准:由 PMA(Power Matters Alliance)和 A4WP(Alliance for Wireless Power)在 2015 年初合并而成,整合了电磁感应技术与磁共振 技术,致力于推动统一的无线充电标准,成为 Qi 标准的有力竞争对手, 关注产业涵盖手机、便携式电子设备(平板电脑等)和电动汽车,联盟 成员包括 Powermat、AT&T、Google、星巴克、高通、三星等。
iNPOFi 标准:由中国大连硅展公司推出,完全抛开电磁转换的方式,通 过在充电设备上植入一个 iNPOFi 芯片即可实现充电,使用时需要接收 设备与发射设备充分接触,主要可应用于手机、可穿戴设备等。
Wi-Po 标准:由宁波微鹅电子科技有限公司独立研发,参考国际无线充 电联盟 A4WP 的 Rezence 标准,使用 6.78Mhz 的谐振频率,并能通过蓝 牙 4.0 实现通讯控制,同时兼有过温、过压、过流保护和异物检测功能。
2.2、软磁在无线充电中起导磁降阻、隔磁屏蔽作用
无线充电产业链包含方案设计、电源芯片、磁性材料、传输线圈、模组制造 环节,软磁材料是无线充电发射和接收两端与线圈相贴合的磁性片状辅材, 通常被称为“导磁片”或“隔磁片”,顾名思义,具备导磁降阻、隔磁屏蔽 功能,同时还能够防止发热。
发射端(Tx):软磁片贴合于线圈下方,要求软磁片具有优异的导磁性 能,以加大线圈的磁通量,降低线圈损耗,使得磁感线更加集中于以软 磁片为中心的区域,增加电磁感应强度,提高电磁转换率。
接收端(Rx):在线圈背面(线圈与手机外壳之间)贴上软磁片,可以 隔离其他金属物体与电磁信号的接触,避免涡流效应的产生(会削弱原 来方向的磁通) ,防止电磁信号的衰减,使感应磁场的磁通量聚拢集中, 增强磁感应强度,减少发热,提高无线充电器的转换效率。
隔磁屏蔽:软磁片具有高的磁导率低的损耗,其存在能够为磁通量提供 一条低阻抗通路,可以有效降低向外散发的磁力线,进而大大减少能够 影响周围金属物体的磁力线数量,防止产生涡流和信号干扰。
导磁降阻:通过在发射端和接收端线圈上分别贴合软磁片,可以使发射 端和接收端之间的磁力线更多地收拢集中,加大线圈的磁通量,增加电 磁感应强度,提高耦合系数,提升磁电转换效率,使用更少的匝数来实 现更高电感的线圈,降低线圈电阻(一般匝数越多,电阻越高),减少发 热带来的效率降低,从而实现转换效率的提高。
2.3、发展趋势:轻薄化 Rx 看纳米晶,Tx&大功率 Rx 看铁氧体
当前无线充电软磁材料的选择:铁氧体与非晶、纳米晶并行。目前无线充电 产业软磁材料的选择上,包括铁氧体(锰锌铁氧体、镍锌铁氧体)、非晶、纳 米晶均有应用。非晶、纳米晶材料的优势在于高的饱和磁感应强度,纳米晶 具有更高的磁导率和更低的磁损,同时能够做到柔软超薄化,这是铁氧体材 料难以实现的。铁氧体软磁的优势在于成本,特别是在大功率的发射端选材 时,纳米晶软磁成本可能是铁氧体软磁的 2 倍以上,这时铁氧体软磁材料的 性价比优势就凸显出来。铁氧体中,锰锌适用中低频,镍锌适用高频谐振。
发射端:铁氧体为主流,不同类型发射端对软磁材料的要求存在差异。目前 市场上发射端磁性材料的选择全部采用铁氧体方案。按照接收端放置方式, 发射端可分为固定位置型、单线圈自由位置型和多线圈自由位置型,不同类 型对软磁材料的性能有不同的要求。如:单线圈自由位置型设备通过自动检 测终端设备放置位置,移动线圈至合理位置,从而实现高效率充电,由于线 圈需要移动,就要求隔磁片具有较高的可靠性,一般采用流延工艺制作的柔 性磁片。多线圈自由位置型充电设备则要求发射端软磁材料拥有高的饱和磁 感应强度和低的损耗,一般可选用锰锌功率铁氧体材料。
接收端:手机领域非晶、纳米晶逐步占优,对软磁材料的尺寸精度要求较高, 未来持续向高频化、小型化、薄型化发展,但大功率应用上铁氧体为绝对主 导。无线充电的接收端一般都内置于终端设备当中,对于手机、智能手表等 低功率便携式电子设备,随着电子元器件向高稳定、高可靠、轻薄短小、宽 适应性等方向发展,很多电子类产品转向集成模块及芯片技术发展,软磁材 料也不断向高频化、小型化、薄型化方向发展,以满足磁性元件的日益薄膜 化和小型化,甚至集成化的趋势,因此在软磁片的选择上逐步从铁氧体向纳 米晶方案切换,目前追求轻薄化的高端机型基本都已经切换至纳米晶方案。 但在电动汽车无线充电解决方案等大功率应用上,目前仍是铁氧体绝对主导 。
未来无线充电用软磁市场的结构演变:高端轻薄化接收端向纳米晶切换,发 射端和大功率接收端以铁氧体主导。从市场演变趋势来看,虽然非晶、纳米 晶软磁性能优势明显,但如果不能通过技术进步等实现成本上的突破,铁氧 体的性价比优势更为显著,且铁氧体软磁相较非晶、纳米晶软磁的初始磁导 率更低,更适合于大功率应用,预计未来铁氧体在发射端和大功率接收端的 应用上仍将占据主导地位。
2.4、壁垒:技术、资质缺一不可
工艺技术壁垒:无线充电追求高效率,产品对材料饱和磁通密度和磁损要求 比常规产品要求更高,对产品的后道加工水平也有很高的要求。
铁氧体软磁材料:铁氧体软磁片的生产工艺环节包括制粉、球磨、流延、 切割、烧结等,最后再与相应的胶材贴合,其中制粉工艺是影响产品稳 定性、一致性的重要环节,制粉主要分干法(氧化物法)和湿法(化学 共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法、超临界法等)两大类。磁性材料 的成分配比、生产工艺、形状、尺寸大小、尺寸精度和电磁性能,共同 决定了产品能否符合客户的要求,这就需要在原料配方、模具设计、工 艺流程、生产管理和品质控制等方面都具备优势,而这些没有长期的技 术积淀和经验积累是难以实现的。此外,不同客户的需求存在个性化差 异,发射端、接收端对磁性材料也有不同的要求,需要根据不同的需求 摸索出合适的原料成分配比、调整工艺技术。
非晶软磁材料:非晶软磁材料的制备是通过喷嘴包将融化的母合金喷射 在一个高速旋转的冷却辊上,瞬间冷却形成薄带。整个工艺的难点在于: 1)高温:液态合金的温度一般在 1400℃~1500℃,要实现瞬间凝固,就 需要有极高的冷却速度,通常达到每秒百万度的级别。2)高速:需要带 材喷出的速度也非常快,一般达到 30m/s,要实现在带材喷出的瞬间将 其抓住并实现自动卷取,也是非晶带材生产的一大难点。3)高精度:喷 出带材的厚度 20-30μm,这就需要通过喷嘴包下面的狭缝及辊嘴间距的 设计来实现高精度的控制。这些对工艺和设备均是极大的挑战,没有长 时间的研发和生产经验的积累,很难建立起完整的生产体系。
纳米晶软磁材料:纳米晶软磁材料主要是在非晶软磁材料的基体上,进 一步加热晶化得到,除了前端非晶工艺的难点,热处理是核心步骤,关 系到纳米晶产品最终磁性能的优劣,因此对材料晶化退火过程中的退火 温度、退火时间、冷却速度都需要精确的控制。此外,不同的原料配比, 不同的应用条件,对晶化退火各项工艺参数的选择也都有不一样的要求。 随着纳米晶材料技术向超宽超薄的方向发展,也对其生产工艺持续提出 新的要求。
资质壁垒:准入门槛高,定制程度高,认证周期较长。下游客户对产品的一 致性、稳定性以及供货规模均有较高要求,决定了行业准入门槛高。同时, 接收端的应用定制化程度高,需要针对不同的客户进行特殊的设计和匹配。 最终生产出的产品需要通过下游手机厂商的认证,认证流程主要是模组的整 体可靠性认证,包括样品前期设计认证、可靠性认证(高低温试验、盐雾试 验、跌落试验等)、模组整机验证,整个项目认证周期在 6 个月以上。
高的技术和资质壁垒,决定了应用于无线充电的高性能磁性材料具有较高的 附加值,磁性材料在无线充电产业链中的利润占比达到 20%左右。
3.1、消费电子:手机、可穿戴设备掀起无线充电热潮
5G 时代拉动换机需求,智能手机市场有望重返增长轨道。全球智能手机进 入 2015 年以来,已经属于存量市场,市场日趋饱和,终端创新力度下降,消 费者换机周期拉长,出货量持续下滑。全球来看,根据 IDC 数据,2018 年全 球智能手机出货量 13.95 亿部,同比下滑 4.8%,但 2019 年下半年开始市场出 现复苏迹象,预计下半年出货量同比降幅收窄至 0.4%,全年出货量预计达 13.711 亿部,同比下滑 2.2%。国内来看,2018 年全年国内手机出货量 4.14 亿部,同比下滑 15.6%,2019 年前三季度出货量 2.87 亿部,同比下滑 5.7%, 降幅已经有所收窄。我们认为,伴随 5G 的推进,消费者换机升级的需求会 受刺激,智能手机出货量颓势有望扭转。根据 IDC 预测,预计 2020 年全球 智能手机出货量将止跌转升,同比增长 1.6%,到 2023 年,预计全球智能手 机出货量达到 14.845 亿部,2018-2023 年 GAGR 达 1.1%。
智能手机无线充电的发展历程,伴随着磁性材料的更新优化。无线充电在智 能手机上的应用最早是在 2012 年诺基亚推出的 Lumia 920 上实现,该机型采 用硬质铁氧体作为隔磁材料,但当时无线充电三大标准尚未统一,咖啡厅、 餐厅等也没有及时配置无线充电的发射端应用,因此并没有激起太大的水花。 2015 年,三星推出首款无线充电旗舰手机 Galaxy S6,除柔性铁氧体外,首 次使用非晶磁性材料。2016 年,三星推出的 Galaxy S7,创造性地完全采用 纳米晶软磁材料,充电效率得到进一步优化。从这几年的发展历程来看,智 能手机特别是高端机无线充电用磁性材料逐渐从铁氧体向非晶、纳米晶过渡。
高端机引领,手机无线充电市场有望驶入快车道。除三星外,2017 年 iPhone 8 和 iPhone X 的发售,标志着苹果正式开启无线充电时代,此外,包括华为、 小米的高端机也加入了无线充电功能,这些高端机的引领作用,有望带动整 个无线充行业的快速发展,无线充电在智能手机市场有望实现快速渗透。
智能手机出货量恢复增长+无线充电渗透率提升,手机无线充电用软磁材料 需求有望持续快速增长。根据 Strategy Analytics 统计,Qi 认证设备和充电器 2018 年全球出货量超过 3.66 亿台,同比增长 77%,其中,Qi 认证手机出货 量预计 2018 年超过 2.7 亿部,同比增长了 68.64%。
无线充电在可穿戴设备的应用也有望迎来快速扩张。可穿戴设备市场自问世 以来需求保持持续增长,2018 年全球出货量 1.722 亿部,同比增长 27.5%, 特别的,随着部分品牌开始在手机上移除耳机插孔和可穿戴耳机价格的逐渐 亲民化,今年可穿戴耳机这一细分领域需求迎来井喷,第三季度可穿戴耳机 出货量达到 4070 万部,同比增长 242.4%,推动三季度可穿戴设备出货量创 下单季度新高,同比增长 94.6%。2019Q3 可穿戴耳机在可穿戴设备中的份额 大幅提升至 48.1%的水平,而 2018Q3 份额仅 27.4%。根据 IDC 预测,2019 年全球可穿戴设备出货量预计达 3.052 亿台,同比增长 70%以上,其中耳戴 式设备预计达 1.394 亿台。随着越来越多的手机开启无孔化时代,可穿戴耳 机需求有望保持高增长,且 TWS 热潮有望带动无线充电在可穿戴设备领域 的渗透率进一步提升,无线充电用软磁材料在可穿戴设备市场的需求有望迎 来高增长。
以上还仅仅是接收端的规模,预计发射端(餐厅、咖啡厅、车载无线充电、 智能家居等)也将以星火之势快速铺展。我们预计 2019-2023 年消费电子用 无线充电软磁片需求 CAGR 达到 30%以上,2023 年需求超 26 亿片。根据 WPC 预测,2018 年接收端和发射端规模预计分别为 5.5 亿和 2 亿只,到 2020 年预计分别增长至 10 亿只和 4 亿只,到 2025 年预计较 2020 年再实现翻倍。
3.2、电动汽车:软磁在无线充电应用的下一个风口
新能源汽车长期发展趋势明确,无线充电的应用有望完美解决续航里程问 题,与电动汽车需求增长形成正反馈。汽车行业未来电动化、智能化、网联 化发展趋势明确,目前电动汽车电能的补给方式主要有三种:换电、传导充 电和无线充电。其中无线充电又包括静态充电和动态充电两大类方式,相较 于换电和传导充电方式具有更好的灵活性、安全性,在硬件上的标准也相对 更容易统一。尤其是动态充电模式,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。无线充电在电动汽车上的应 用,有望解决其续航里程问题,促进电动汽车需求的增长,而电动车需求的 增长又将进一步带动无线充电应用规模的扩张,两者有望形成良好的正向反 馈效应。虽然目前在传输效率、异物检测等方面仍存在一定的技术难点,高 昂的成本也限制了其应用的扩张,但我们认为,随着技术的持续进步,未来 无线充电在电动汽车产业具备很大的发展潜力和想象空间,电动汽车市场有 望成为继消费电子之后,软磁在无线充电应用的下一个风口。
无线充电在电动汽车产业已经有所应用。早在 2014 年,高通就将其将无线充 电技术引入到了 Formula-E 电动方程式锦标赛中,其搭载的 Halo 无线充电技 术主要应用磁共振技术原理实现发射端向接收端的电能传输,充电效率达到 90%以上。同时,高通也在持续研发电动汽车动态充电(DEVC)技术,2017 年 5 月,在长达 100 米的 FABRIC 测试车道上进行动态充电演示,车速 100 km/h 时,最大充电功率可达 20 kW,使得未来电动汽车在行驶的同时实现无 线充电将成为可能。2018年5月,宝马推出首款搭载无线充电技术的全新530e iPerformance 车型,实际输出功率 3.2 kW,仅需 3.5 个小时即可使车上高压电 池充满电,充电效率约 85%。此外,包括沃尔沃、奥迪、奔驰、保时捷、北 汽、长安等主流厂商都纷纷加入电动汽车无线充电技术的大潮,未来几年预 计会有更多的搭载无线充电的电动汽车相继问世。
标准搭建逐步成型,为无线充电在电动汽车产业的发展提供支持。全球来看, 美国汽车工程师协会(SAE)于 2016 年批准发布针对 EV/PHEV 的国际无线 充电标准 SAE TIR J2954,频率采用 85kHz 频带(81.38~90kHz), kHz;输出 功率分 3 个等级:WPT1 为 3.7 kW,WPT2 为 7.7 kW,WPT3 为 11 kW 和 22 kW。我国在电动汽车无线充电技术的标准化上也持续部署,2019 年,完成 《电动汽车无线充电系统 第 2 部分:特殊要求》等三项国家标准报批,启动 了《电动汽车无线充电系统互操作性要求及测试 第 1 部分:地面端》、《电动 汽车无线充电系统商用车应用特殊要求》、《立体车库无线供电系统技术要求 及测试规范》等标准的编制。今年年初,由中电联牵头行业 13 家单位共同编 制的《2019 年度中国电动汽车充电设施技术发展白皮书之二:无线充电》发 布,涵盖全球及中国电动汽车无线充电产业格局、中国电动汽车无线充电产 业路径和规模预测等方面,着重分析了充电安全、充电效率、互联互通、设 备成本、充电频率等当前产业发展的关键问题,为促进我国电动汽车无线充 电产业发展提供支持。
预计到 2025 年电动汽车用无线充电软磁需求有望超过 1000 万片。根据中兴 新能源总经理在今年 1 月份电动车百人会议上的发言,预计 2017-2020 年为 无线充电在电动汽车应用的探索期,2020-2023 年为渗透期,2023-2025 年将 进入推广期。伴随着全球新能源汽车产量的高增长和无线充电渗透率的提升, 我们测算到 2025 年,电动汽车用无线充电软磁片需求有望超过 1000 万片。
从技术水平来看,日本在磁性材料的研发和生产上起步早,研究开发能力强, 是磁性材料技术的领跑者,在高端软磁材料领域竞争优势显著,我国虽然在 软磁材料产业发展迅速,但在高性能产品方面,总体相较日本仍有一定差距。 从产能分布来看,全球软磁材料产能主要集中于日本和中国,中国大陆在产 量上占据优势。随着技术的不断积累进步,我国在部分产品上已经达到世界 领先的技术水平,可实现对部分产品的替代。
4.1、日本:技术领跑者
日本:主要的无线充电用软磁材料生产企业包括 TDK、Toda Kogyo Corporation、日立金属等。其中 TDK、TODA 以铁氧体软磁材料生产为主, 日立金属则主要生产纳米晶软磁。
TDK 是以磁性技术引领全球的综合电子元件制造商,以被动元件(电容 器、电感元件等)、 传感器应用产品、磁性产品、能源应用产品为主营业 务,其铁氧体磁性材料在全球的市场份额达到 20-25%,TDK 在无线充 电领域相关产品主要包括 Tx 线圈单元和模组、Rx 线圈单元和模组等, 2018-19 财年 TDK合计实现营业总收入 13,818 亿日元,同比增长 8.65%, 其中,磁性材料及产品的收入达 2728 亿日元,占总销售额的 20%。
TODA 拥有领先的湿法合成工艺,成立于 1933 年,主要生产锂离子电 池正极材料、染色材料、磁性粉末材料、铁氧体材料和其它磁性材料, 在无线充电领域的相关产品主要为WPC用柔性铁氧体片, TODA在2018 年度的累计销售额为 343 亿日元。
日立金属是目前海外最大的非晶带材供应商,成立于 1956 年,业务涵盖 金属材料和功能材料两大类,其中磁性材料属功能材料类,具体包括稀 土永磁、烧结铁氧体和纳米晶软磁,2018-19 财年日立金属合计实现营业 总收入 10,234 亿日元,同比增长 3.55%,其中磁性材料收入占比 13.4%。
除此以外,美国 Magnetics、美国 3M、韩国 Amotech、韩国梨树 ISU、德国 VAC 等海外企业在高性能软磁材料市场均有一定的市场份额。
4.2、中国:后起之秀的力量
4.2.1、横店东磁:铁氧体磁材龙头,器件快速放量,新能源产能扩张
横店东磁是全国磁性行业的龙头企业,目前全球最大的永磁铁氧体生产企 业、全球最大的软磁材料制造企业。横店东磁目前主营业务涵盖四大产业: 磁性材料(12 万吨永磁、3 万吨软磁、2 万吨塑磁) 、太阳能光伏(600MW 硅片、2000MW 电池片、800MW 组件) 、新能源电池(圆柱型 18650) 、器件 (振动器件、触觉反馈器件、无线充电模组)。2018 年,四大板块占营业总 收入的比重分别为 48%、39%、3%和 6%,其中磁性材料业务贡献了将近 60% 的毛利,是目前四大产业板块中盈利能力最强的部分。从磁性材料板块的历 史毛利率变化来看,基本也都稳定在 30%左右的水平。据中国电子元件行业 协会磁性材料与器件分会统计,2018 年横店东磁永磁铁氧体产量约占全国 15%,占世界 12%;软磁铁氧体产量约占全国 9%,占世界 7%。公司 2019 年收购金川电子(产能:铁氧体永磁料粉 1 万吨、铁氧体永磁元件 2 万吨, 铁氧体软磁料粉 1.2 万吨、铁氧体软磁元件 1 万吨),并计划在四川宜宾扩大 生产规模,市场占有率有望进一步提升,铁氧体磁材龙头地位进一步巩固。
公司软磁铁氧体产能 3 万吨,2019H1 结构优化盈利逆势增长。无线充电方 面供货苹果,同时诚基电子布局无线充电模组增强协同效应,是磁材业务重 要的增长动力。
截至 2018 年末,公司软磁铁氧体产能 3 万吨,公司在软磁领域聚焦高端 客户,重点开发汽车电子、无线充电、电动汽车、NFC、5G 等新兴领域, 2019H1 在消费电子、PC、照明等行业需求低迷、价格竞争激烈的背景 下,公司软磁材料业务盈利实现逆势增长。
无线充电方面,公司是苹果无线充电软磁片的供应商,也已应用于无线 耳机,高性能产品得到下游高端客户的认可。
公司发展定位为“磁性材料—元件—器件—方案解决商”,2018 年收购 的诚基电子进行了无线充电模组的布局,有望与软磁业务板块,特别是 铁氧体软磁材料在无线充电领域的应用形成更好的协同效应,预计今年 开始将实现显著的放量。2012 年以来公司软磁铁氧体业务年收入规模基 本在 6-7 个亿左右,未来伴随着无线充电等新兴领域的放量,公司软磁 材料业务有望迎来持续的增长。
永磁方面,公司微波炉磁市占率 95%以上,电机磁瓦发展空间大,有望 实现稳健盈利。
器件板块诚基电子是国内领先的振动马达生产制造企业,布局 5G 基站隔离 器、环形器,放量后预计驱动器件板块业务高增长。
2017 年诚基电子振动马达销量 1.5 亿只,国内市场占有率 30%,全球市 场占有率 12.2%;2018 年诚基电子振动马达销量预计达 2.2 亿只,国内 市占率达 51%,全球市占率达 18.6%,主要客户包括三星、华为、中兴、 OPPO、VIVO、小米、LG 等手机终端供应商及闻泰、中诺等手机 ODM 工厂。诚基电子 2018 年实现营业收入 4.12 亿元,净利润 4081.28 万元, 2019 年上半年实现营业收入 2.08 亿元,净利润 2146.27 万元。
诚基电子目前主业集中于振动马达,同时也在积极拓展新兴业务领域, 除了布局无线充电模组进军无线充电蓝海以外,还在 5G 领域深入布局 5G 基站的隔离器/环形器业务。在 5G 基站中,隔离器主要用于去除反射 波造成的不良影响,例如整合放大器阻抗、保护终段中使用的晶体管以 及防止合成器互调等;环形器主要用于天线共用器,或与拥有迅速衰减 性的 BPF 组合用于分波电路中。一方面,5G 相较于 4G 传输距离缩短, 覆盖能力显著减弱,这一问题的解决就需要建设更多的基站数量,即基 站数量确定性提升;另一方面,对于隔离器/环形器而言,5G 基站的单 位用量是 192 个,而 4G 仅 8 个,即单位基站用量确定性提升,相应地, 对隔离器/环形器的需求有望实现数倍的增长。公司隔离器/环形器尚处于 客户开发阶段,通过认证后,该业务有望快速放量。
新能源产业(太阳能光伏+新能源电池)新建产能预计 2020 年逐步释放。公 司于 2019 年下半年在浙江省东阳市横店光伏园区启动年产 1.6GW 高效晶硅 电池生产项目,预计 2020 年逐步建成投产,分步投资新型高效技术,项目建 成投产后预计可实现年新增销售收入 140,000 万元,新增利润 13,900 万元。 届时,公司高效晶硅电池总产能将达到 3.6GW 左右,将进一步促进降本增效, 提高公司盈利能力及市场竞争力。
4.2.2、天通股份:电子材料+高端装备,多元布局增长可期
天通股份“电子材料+高端专用装备”两大业务板块协同并进。公司电子材 料板块主要包括磁性材料与部品、蓝宝石晶体材料、压电晶体材料。蓝宝石 晶体材料方面,Mini-LED、Micro-LED 为代表的新应用的逐渐兴起,为 LED 行业未来的持续增长注入新活力,公司具备行业领先的双抛片技术储备和生 产规模。压电晶体材料作为 SAW 器件基板材料,受益于物联网、智能手机、 5G 等先进电子通信技术普及,SAW 器件片式化、小型化、高频化步伐加快, 其需求也有望保持增长,公司已经成功研发并量产 6 英寸声表级 LT 和 LN 晶 体及黑化抛光晶片产品。公司高端专用装备业务板块包括粉体材料专用设备、 晶体材料专用设备和半导体显示专用设备。高端装备板块深度受益新材料、 新能源、新型显示和半导体等行业景气度的提升,订单充足。
天通股份铁氧体软磁布局无线充电,是横店东磁在软磁领域的重要竞争对 手。磁性材料板块,天通股份主要产品包括锰锌铁氧体材料及磁心、镍锌铁 氧体材料及磁心、金属软磁材料及制品、满足 NFC 和 Qi 标准的无线充电用 磁片等。产品广泛应用于汽车电子、云端服务器、通讯、消费类电子、计算 机及外部设备、新能源工业以及航空航天等领域,是横店东磁的重要竞争对 手。从历年磁性材料产品的收入和毛利率变化来看,2015 年以来天通股份磁 性材料产品收入规模持续小幅提升,毛利率的变化与收入变化较为一致,总 体毛利率水平略低于横店东磁的软磁业务毛利率。
4.2.3、其他相关上市公司
安洁科技于 2018 年收购苏州威斯东山电子技术有限公司 100%股权,进军无 线充电磁性材料领域。威斯东山主要生产抗电磁干扰的软磁材料等产品,主 要运用于无线充电相关,铁氧体和纳米晶磁性材料均有,技术研发实力较强。
东尼电子早在 2014-2015 年开发无线充电线圈并配套苹果 Apple Watch 布局 无线充电产业,2018 年末计划非公开发行募资用于建设年产 3 亿片无线充电 材料(纳米晶)及器件项目,进军无线充电磁材产业。项目完全达产后预计 可实现年营业收入 179,550 万元,利润总额 18,026.13 万元,税后财务内部收 益率 20.26%。该项目已于 2019 年 6 月进入量产爬坡阶段,开始批量供货。
安泰科技为规模领先的非晶、纳米晶软磁材料生产企业,是三星无线充电手 机的供货商。安泰科技从 2012 年布局研发无线充电材料,2015 年实现非晶 软磁片的产业化,是国内最早从事无线充电用非晶、纳米晶导磁片产业化的 公司,从三星第一代无线充电手机 S6,到 S7、S8、Note8、S9 等旗舰机型, 安泰科技基本都在供货。
(报告来源:兴业证券)
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