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永磁材料如何被新能源行业所带动?

2021-06-17 10:01
非正式科普
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上篇文章我主要介绍了中国稀土为什么卖出了“土”的价格以及稀土在中国的开发历程,中国已经从以前单纯的资源贩卖,不断自修内功,开始将价值链不断后移至产业链的中下游产品,中下游产品的附加值更高,终端的消费者能够更加直观从产业链的下游产品中受益。

稀土这样一个对普通消费者来说可能是相对冷门的领域,但正是因为中美贸易战,我才能知晓到稀土如今已经渗透进我们日常所使用的产品中了。

01 稀土--工业味精

稀土作为“工业味精”是下游涉及制造升级的多个关键技术领域,不可或缺。稀土的高效开发利用,可以有力促进我国产业升级,新兴战略产业的崛起,对于实现“中国制造2025”具有重大意义。

稀土被誉为“工业的维生素”,具有无法取代的优异光、电、磁性能,其作用大,用量少,已成为改进产品结构、提高科技含量、促进行业技术进步的重要元素,被广泛运用到冶金、军事、石油化工、玻璃陶瓷、农业和新材料等领域。据传每架美国F-35战斗机就需要用掉417公斤的稀土,其中还是重稀土居多。

在所有下游的应用领域中,永磁材料是使用占比最高的一个领域(大致有50%左右),由稀土提炼制成的稀土钕铁硼永磁材料,具备高剩磁、高矫顽力和高磁能积等特性,被广泛用于电子、航空航天和驱动风力电机等领域。下图是消费结构图:

02 稀土永磁材料

在了解稀土永磁材料前,我们需要理解什么是永磁材料?永磁材料顾名思义可以理解成永远有磁性的材料,本质上是经过磁化后能够保持恒定磁性的材料,例如大自然中天然磁石。我们古代称之为“司南”。对于永磁的描述,最早的见于春秋时期的《鬼谷子》“郑人取玉也,载司南之车”;东汉时的《论衡》“司南之杓,投之地,其柢指南”。

永磁材料的发展经历了金属永磁材料、铁氧体永磁材料和稀土永磁材料。

金属永磁材料阶段:1880年前后,先用碳钢制成金属永磁材料,后发展成钨钢、钴钢等永磁材料。1931年日本研发出了铁镍铝合金,再加入钴铜钛等元素,形成了著名的AINiCo磁体,至此AINiCo磁体在金属永磁材料中占据了主导地位,一直到20世纪60年代。

铁氧体永磁材料阶段:也称永磁铁氧体,以氧化锶或氧化钡及三氧化二铁为原材料,通过陶瓷工艺方法制成。由于亚铁磁性是某些铁离子磁矩相互反平行而具有永磁性。当前市场主流的永磁铁氧体的化学式为MO·6Fe2O3,其中M为钡,铅,锶等元素。因为价格低廉,工艺简单,20世纪70年代发展迅速。

稀土永磁材料阶段:将钐、钕混合稀土金属与过渡金属(如钴、铁等)组成的合金,用粉末冶金方法压型烧结,经磁场充磁后制得的一种磁性材料。包括:钐钴(SmCo)永磁体、钕铁硼(NdFeB)永磁体。NdFeB磁体的磁性比磁钢的能高100多倍,是目前磁性最高的永磁材料,故称“永磁王”。

钕铁硼永磁体其实是稀土永磁发展阶段中的第三代技术产品,1982年由美国和日本共同研发出来,于1983年实现工业化批量生产。可以说钕铁硼永磁体是永磁材料领域一次重大变革。

好的技术和产品的诞生一定是去适应市场的需求。从需求端来看,钕铁硼永磁体在风力发电、新能源、节能家电、工业机器人和高铁/磁悬浮列车等高新技术产业中广泛使用。

03 高新技术产业带动稀土永磁

新能源产业:

随着国家大力提倡新能源汽车产业,身边的朋友陆陆续续开始购买新能源车。对于在上海沪牌久拍不中的朋友来说,新能源省去了牌照的繁琐。新能源车对比传统汽车来说,主要的不同是新能源需要依赖永磁驱动电机。

根据券商调研报告,特斯拉Model3 和绝大部分国产新能源车应用的都是永磁同步电机,平均单车耗用钕铁硼磁材3KG,考虑到60%的损耗,折合毛坯量为5KG。2025年预计全球新能源电动车突破1200万辆,渗透率突破10%。对应磁材的消耗量有望从2020年的1.2万吨到2025年的6万吨,复合增速35%+。通过测算各领域消耗量,发现新能源汽车贡献磁材消费量约60%。

此处仅列出关于新能源汽车估算方式(YOY = 增长率/同比去年变化):

EPS产业:

其实除了新能源电动汽车需要使用到稀土永磁之外,在汽车上我们还有另外一个不可忽略的应用场景EPS(电子辅助转向系统)。我们知道传统汽车的转向中是用液压来辅助转向,但随着碳中和的趋势不断发展,对于节能环保上的要求更高,因此鉴于在中国市场EPS的渗透率目前仅为40%-45%,还有有很大的空间成长的。下面是列出EPS对于钕铁硼用量的估算。

变频家电和风机:

稀土永磁除了磁性强,从能效上来讲能够满足国家提出的新的能效标准,定频空调会退出市场,取而代之的便是变频空调。另外随着国家大力发展可以替代煤电的能源,风电在碳中和的大趋势中也迎来的政策利好,按照装机量每年增加5%的情况,2025年将会达到1.75万吨。

04 新型材料发展需要战略支持

借了解学习稀土相关知识的契机,有幸查阅到中国工程院咨询项目“新材料强国2035战略研究”报告。关注公众号回复“新材料”关键词,领取研究报告。

报告中不仅提出了针对稀土材料需要重点发展的方向:

(1)钕铁硼永磁材料

(2)钐钴永磁材料

(3)热压永磁材料

(4)高丰度永磁材料

(5)材料新体系和新结构的探索

(6)摆脱对国外分析检测仪器的依赖

对于发展目标:

2025年完成稀土产业由跟跑到并跑的过渡;

2030年初步建成世界稀土强国

2035年建成世界稀土强国

对于要实现这样的目标,不仅需要在各层级建立新型材料的研发创新平台基地,也需要发挥专家传帮带的作用,更需要培养年轻骨干,充分利用产学研模式推动我们国家的稀土产业发展。

参考资料:

永磁材料的“前世今生” -- 中国科学院上海硅酸盐研究所

浙商证券 行业拐点已现,全新稀土产业时代来临

财通证券 稀土行业跟踪报告

稀土功能材料2035发展战略研究

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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