稀土行業(yè)研究-電機(jī)驅(qū)動(dòng)需求倍增

稀土行業(yè)研究：電機(jī)驅(qū)動(dòng)，需求倍增一、稀土成為低碳、智能時(shí)代的驅(qū)動(dòng)材料1、稀土在低碳和智能工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛低碳化和工業(yè)智能化是當(dāng)今驅(qū)動(dòng)中國(guó)乃至全球經(jīng)濟(jì)兩大最重要的力量，而稀土則是這兩大驅(qū)動(dòng)力量的核心材料。相較于鈷和鋰的新興應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)集中于電池領(lǐng)域，稀土在低碳經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用范圍更加廣泛。稀土在光、磁、電領(lǐng)域能夠產(chǎn)生特殊的能量轉(zhuǎn)換、傳輸、存儲(chǔ)功能，通過(guò)加工可形成一批新型功能材料，滿足更快、更小和更輕產(chǎn)品的節(jié)能需求，是無(wú)污染、高性能的“綠色材料”。在低碳能源系統(tǒng)方面，稀土可用于石油化工和天然氣工業(yè)催化劑，用于風(fēng)力渦輪機(jī)；在低碳產(chǎn)業(yè)體系方面，稀土可以用于電子、激光與感應(yīng)設(shè)備、高端醫(yī)療設(shè)備、民用照明光學(xué)材料、特殊陶瓷、工業(yè)合金、磁性材料與風(fēng)電設(shè)備、新能源汽車(chē)與電池中；在低碳技術(shù)方面，稀土通過(guò)其在汽車(chē)尾氣催化轉(zhuǎn)化、混合動(dòng)力汽車(chē)、電機(jī)中的獨(dú)特應(yīng)用，在減少溫室氣體排放方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。除了低碳發(fā)展外，智能化工業(yè)是主導(dǎo)全球經(jīng)濟(jì)的另一驅(qū)動(dòng)，智能化所需要的核心能力包括自動(dòng)化、信息化、互聯(lián)化、智能化四個(gè)階段。中國(guó)做出了相應(yīng)的規(guī)劃，在“中國(guó)制造2025”中提出以信息化和工業(yè)深度融合，發(fā)展五大工程、十大領(lǐng)域，其中十大領(lǐng)域包括新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車(chē)、電力裝備、農(nóng)機(jī)裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械，稀土在上述領(lǐng)域中均為舉足輕重的基礎(chǔ)材料。2、稀土元素的特點(diǎn)鑄就獨(dú)特功能稀土是化學(xué)元素周期表中鑭系（鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥）15個(gè)元素和21號(hào)元素鈧、39號(hào)元素釔（共17個(gè)元素）的總稱。據(jù)其物理化學(xué)性質(zhì)的差異性和相似性，可分成三個(gè)組：輕稀土組（鑭～钷）、中稀土組（釤～鏑）、重稀土組（鈥～镥加上鈧和釔）。稀土能夠成為低碳、智能新時(shí)代的關(guān)鍵核心材料，是由其特殊的原子結(jié)構(gòu)決定的。稀土元素的共性在于原子結(jié)構(gòu)相似、離子半徑相近、在自然界密切共生，同時(shí)，由于各元素原子結(jié)構(gòu)中K、L、M層能級(jí)不同，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)及排列不同，4f層中電子數(shù)不同，因而存在特殊，具有豐碩的能級(jí)躍遷、大的原子磁矩、很強(qiáng)的自旋軌道耦合等特性。與其它元素形成稀土配合物時(shí),配位數(shù)可在3~12間轉(zhuǎn)變,使稀土化合物晶體結(jié)構(gòu)多樣化。這些特性給予了稀土元素及其化合物獨(dú)特的電、光、磁、熱等性能。稀土下游需求主要為稀土磁性材料、稀土催化材料、稀土儲(chǔ)氫材料、稀土拋光材料、稀土發(fā)光材料、稀土合金材料等稀土功能材料。3、節(jié)能效果使稀土永磁成為增速最快的應(yīng)用領(lǐng)域稀土應(yīng)用廣泛，新興需求不斷開(kāi)發(fā)應(yīng)用，其中稀土永磁成為最大的應(yīng)用領(lǐng)域。2015年2021年間，稀土各功能材料按照增速來(lái)看發(fā)光材料、拋光材料、永磁材料、儲(chǔ)氫材料等新興應(yīng)用增速較快，而用于裂解、催化等領(lǐng)域需求萎縮。按照絕對(duì)量看來(lái)，永磁材料是稀土應(yīng)用材料的主要來(lái)源，約占6年間稀土應(yīng)用材料增量比重的為55%。稀土永磁技術(shù)路線分為三種：鐵氧體、釤鈷永磁和釹鐵硼，其中釹鐵硼（NdFeB）是第三代稀土永磁材料，主要成分為稀土（Re）、鐵（Fe）、硼(B），其中稀土Nd為了獲得不同性能可用部分鐠（Pr）、鏑（Dy）等其他稀土金屬替代，鐵也可以被鈷（Co）、鋁（Al）等其他金屬部分替代。釹鐵硼具有高剩磁密度、高矯頑力和高磁能級(jí)的優(yōu)點(diǎn)，是迄今為止磁性最強(qiáng)的永磁材料。釹鐵硼具有“小型化”和“高磁能”兩大特點(diǎn)，使其具有節(jié)能環(huán)保的功能，成為低碳時(shí)代必然的選擇。與鐵氧體相比，釹鐵硼具備高能量、高密度的優(yōu)點(diǎn)，相同磁力的釹鐵硼體積是鐵氧體的1/10，體積是其1/6，能夠滿足小型化、輕量化、薄型化的需求；同時(shí)，釹鐵硼具有極高的磁能積和矯頑力，是目前永磁材料中磁性能最高的一種，因此廣泛應(yīng)用于電機(jī)、電動(dòng)工具、風(fēng)力發(fā)電、節(jié)能電梯、電動(dòng)自行車(chē)、新能源汽車(chē)、EPS等。釹鐵硼設(shè)備的初置成本雖然較高，但長(zhǎng)期節(jié)能價(jià)值更為突出。從各稀土元素在地殼中的豐度來(lái)看，最高為鈰（La）和鑭(Ce)，分別為43ppm和39ppm，釹(Nd)、鐠（Pr）分別為26ppm和5.7ppm，鏑（Dy）為6ppm，鋱（Tb）為1.4ppm。因此，不同稀土元素之間價(jià)格分化較大，體現(xiàn)了其地殼豐度與應(yīng)用領(lǐng)域之間的差異度。4、需求換擋，高性能釹鐵硼市場(chǎng)規(guī)?？焖贁U(kuò)大所謂高性能釹鐵硼永磁材料是指以速凝甩帶法制成，內(nèi)稟矯頑力Hcj(kOe)和最大磁能(BH)max,MGOe）之和大于60，用于制作中、小、微型特殊用途的永磁電機(jī)、傳感器、磁共振儀、高級(jí)音像設(shè)備等的燒結(jié)釹鐵硼永磁材料，屬于重點(diǎn)鼓勵(lì)和支持發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)品。從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，低端釹鐵硼主要應(yīng)用于磁吸附、磁選、電動(dòng)自行車(chē)、箱包扣、門(mén)扣、玩具等領(lǐng)域，而高性能釹鐵硼主要是指應(yīng)用于高技術(shù)壁壘領(lǐng)域中各種型號(hào)的電機(jī)、揚(yáng)聲器之中的磁鋼，包括節(jié)能電機(jī)、汽車(chē)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電、高級(jí)音像設(shè)備、電梯電機(jī)等。按照生產(chǎn)工藝，釹鐵硼可以分為燒結(jié)釹鐵硼、粘結(jié)釹鐵硼和熱壓釹鐵硼，粘結(jié)釹鐵硼主要用于硬盤(pán)光驅(qū)主軸電機(jī)以及功率較小的微特電機(jī)等領(lǐng)域，而燒結(jié)釹鐵硼更多用于功率較大的驅(qū)動(dòng)電機(jī)等領(lǐng)域。據(jù)SMM，2020年中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼毛坯產(chǎn)量約為19萬(wàn)噸，較2019年的17萬(wàn)噸增長(zhǎng)11.8%。其中，高性能燒結(jié)釹鐵硼毛坯產(chǎn)量為5.13萬(wàn)噸，占釹鐵硼毛坯總量的27.6%。2015年-2020年高性能釹鐵硼年復(fù)合增長(zhǎng)率13.69%，較釹鐵硼同期9.6%的CAGR高4個(gè)百分點(diǎn)，占比由21.3%提升至27.6%。隨著低碳理念在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的貫徹執(zhí)行，高性能釹鐵硼的下游需求已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)變與量變。2009年高性能釹鐵硼下游消費(fèi)占比最大的三大行業(yè)為風(fēng)電、消費(fèi)電子和VCM，其中消費(fèi)電子和VCM合計(jì)占高端釹鐵硼的消費(fèi)比重為46%，2015年，即新能源革命所帶來(lái)相關(guān)行業(yè)的爆發(fā)式增長(zhǎng)前夕，這一格局從結(jié)構(gòu)上并未發(fā)生根本變化，消費(fèi)電子和VCM合計(jì)占高端釹鐵硼的消費(fèi)比重為44%。但從2020年來(lái)看，新能源汽車(chē)、傳統(tǒng)汽車(chē)、變頻空調(diào)、工業(yè)機(jī)器人已成為高端釹鐵硼的主要消費(fèi)行業(yè)，風(fēng)電占比變化不大，但絕對(duì)量出現(xiàn)倍數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。我們認(rèn)為，從需求驅(qū)動(dòng)的角度看，高端釹鐵硼進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代，體現(xiàn)在兩個(gè)方面：驅(qū)動(dòng)行業(yè)的多元化和需求量級(jí)上的躍升。二、全球低碳化開(kāi)啟釹鐵硼電機(jī)新時(shí)代電能是現(xiàn)代工業(yè)的主要能源和動(dòng)力，電機(jī)是各種設(shè)備的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金、電力、石化、煤炭、礦山、建材、造紙、市政、水利、造船、港口裝卸等領(lǐng)域，凡需要將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的地方都必須用到電機(jī)，電機(jī)行業(yè)整體上具有巨大的市場(chǎng)容量。稀土永磁電機(jī)無(wú)源（不需要額外提供電能）、無(wú)接觸（隔空作用，無(wú)機(jī)械磨損），具有三高三小一好的特點(diǎn)：效率高、功能密度高、力矩高、體積小、噪音小、溫升小、穩(wěn)定性可靠性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)能環(huán)保，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與工業(yè)制造不可缺少的基礎(chǔ)功能材料。在稀土永磁的應(yīng)用中，電機(jī)占比超過(guò)60%。除了作為新能源汽車(chē)、風(fēng)電、機(jī)器人等新興領(lǐng)域的電機(jī)首選外，電力消耗最大的傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)能效提升改造也為釹鐵硼提供巨大的市場(chǎng)空間。（一）汽車(chē)行業(yè)成為永磁需求主要驅(qū)動(dòng)1、傳統(tǒng)汽車(chē)微電機(jī)與EPS拉動(dòng)永磁需求傳統(tǒng)汽車(chē)對(duì)稀土永磁的應(yīng)用主要來(lái)自微電機(jī)和EPS的拉動(dòng)。隨著汽車(chē)駕乘享受、舒適度和安全措施的提升，傳統(tǒng)汽車(chē)所用永磁電機(jī)的數(shù)量由原來(lái)的近40個(gè)提升至70個(gè)，并向小型化、輕量化、高效率化方向發(fā)展，稀土永磁取代部分傳統(tǒng)鐵氧體永磁電機(jī)，用于起動(dòng)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)剎車(chē)、油泵電機(jī)、空調(diào)電機(jī)等。在傳統(tǒng)汽車(chē)中，作為自動(dòng)駕駛基本要素之一的EPS（電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）則是其中最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一。EPS利用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力協(xié)助駕車(chē)者進(jìn)行動(dòng)力轉(zhuǎn)向，可以增強(qiáng)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性、舒適性、行駛安全性和潛在的自動(dòng)駕駛適配能力。國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的EPS系統(tǒng)在歷史上的普及略晚于歐美日國(guó)家，近年來(lái)乘用車(chē)EPS滲透率迅速提升，但商用車(chē)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)依舊以HPS

（機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）和EHPS（電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）為主，2020年EHPS占比40.1%。液壓系統(tǒng)效率為60-70%，EPS則高達(dá)90%以上，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單能耗少。隨著環(huán)保趨嚴(yán)，HPS、EHPS的市場(chǎng)份額未來(lái)將逐步被EPS所取代，EPS滲透率提升有望帶動(dòng)鐠釹需求持續(xù)擴(kuò)張。2、新能源汽車(chē)成為釹鐵硼需求的主要增長(zhǎng)動(dòng)力在能源與環(huán)境壓力下，發(fā)展新能源汽車(chē)（油、電混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)等）已形成全球共識(shí)。新能源汽車(chē)主要包括純電動(dòng)汽車(chē)（BEV）、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）和燃料電池汽車(chē)

（FCEV）。全球新能源汽車(chē)自2019年以來(lái)加速增長(zhǎng)，2021年新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)。2021年全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)到611萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)110%，滲透率為8%，較2020年提升4個(gè)百分點(diǎn)。2021年我國(guó)新能源乘用車(chē)產(chǎn)量為354.5萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)159.5%，大幅超過(guò)年初預(yù)期。其中純電動(dòng)車(chē)276.1萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)178.8%，插電混動(dòng)車(chē)型零售59.8萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)133.5%。滲透率呈現(xiàn)逐月提升態(tài)勢(shì)，全年達(dá)到16%，歐洲受到芯片短缺的影響，但全年產(chǎn)銷(xiāo)保持平穩(wěn)，2021年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量為195萬(wàn)輛，德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)銷(xiāo)售分別增長(zhǎng)73%、63%和74%，滲透率較上年提升5-9個(gè)百分點(diǎn)；2021年是美國(guó)新能源汽車(chē)政策的拐點(diǎn)年，新能源汽車(chē)銷(xiāo)量65萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)102%，滲透率較2020年翻番至7個(gè)百分點(diǎn)左右。新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)是新能源汽車(chē)的三大核心部件之一，是純電動(dòng)車(chē)和燃料電池汽車(chē)上唯一驅(qū)動(dòng)部件，是油電混合動(dòng)力汽車(chē)實(shí)現(xiàn)各種工作模式的關(guān)鍵，直接影響混合動(dòng)力汽車(chē)的油耗指標(biāo)、排放指標(biāo)、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。適合新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要有永磁同步、交流異步和開(kāi)關(guān)磁阻三類。稀土永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)因其具有盡可能寬廣的弱磁調(diào)速范圍、高功率密度比、高效率、高可靠性等優(yōu)勢(shì)而被用作新能源

汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，有效地降低新能源汽車(chē)的重量和提高其效率。高性能燒結(jié)釹鐵硼永磁材料是用于稀土永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)的核心關(guān)鍵材料，