科普 | 什么是磁性材料？-充电桩--国际充换电网

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编辑 | 充换电头条团队

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近些年来，新能源汽车的蓬勃发展给磁性材料带来了巨大的发展空间，无论从关键磁材未来的下游占比还是增长率来看，新能源汽车领域的发展都举足轻重，影响深远。磁性材料作为关键电子元器件的基础核心材料，大量应用到了汽车电机、车体、车身底盘和信息部件的各个方面，在汽车工业的发展中扮演越来越重要的角色。据统计，汽车部件通常有2万左右，其中磁性部件多达数千个。电动化尚未止步，智能化犹有可为。

图片来源：中钢天源

与此同时，磁性材料行业总体需求稳步上涨，光储、风电、新能源汽车、机器人、工业自动化、无线充电等下游应用领域的飞速发展，也给磁性材料行业带来发展契机。

那么，到底什么是“磁性材料”呢？对此，充换电头条（微信公众号：chd2005s）对磁性材料的定义、分类、应用等进行了梳理和总结。

磁性材料是什么？磁性材料系具有铁磁性或亚铁磁性并具有实际应用价值的磁有序材料，它与其他材料的一个根本区别是对外加磁场具有敏感的响应性。广义的磁性材料还包括具有实际应用或可能应用价值的反铁磁性材料和其他弱磁性材料。中国的磁性材料产业化大约在上世纪80年代中后期开始形成，主要得益于录音机、电视机等电子产品的普及，用于音响喇叭的磁性材料的需求迅速上升。

图片来源：香磁磁业时至今日，新能源汽车的蓬勃发展给磁性材料带来巨大的发展空间。磁性材料作为关键电子元器件的基础核心材料，大量应用到了新能源汽车驱动电机、充电桩、电池管理系统、AC/DC充电器、DC/DC变换器等部件的各个方面。

磁性材料分类及应用

磁性材料按功能划分，可分为永磁材料、软磁材料和功能磁性材料3大类。目前，新能源汽车当中应用较多主要是永磁材料中的钕铁硼永磁、铁氧体永磁以及软磁材料中的硅钢、金属软磁粉芯、铁氧体软磁等。

图片来源：常州瑞源创业投资有限公司

1、永磁材料-钕铁硼以Nd2Fe14B为主成分的钕铁硼（Nd-Fe-B）永磁材料具有高剩磁、高矫顽力的特性。该材料性能优异，能大幅提高电机能效，减少能量损耗。每辆新能源汽车大约需要2.5kg钕铁硼永磁材料，主要用于驱动电机、ABS、EPS等零部件。除此之外，车载扬声器以及各种传感器也是铁铁硼永磁材料应用于新能源汽车的场景。2、永磁材料-铁氧体铁氧体永磁材料以SrO或BaO及Fe2O3为原料，通过陶瓷工艺方法制造而成。与稀土永磁材料相比，尽管铁氧体永磁材料在性能方面不占优势，但由于其原料丰富、价格低廉、制备工艺简单、抗氧化性优异、剩余磁化强度大等特点在很多领域依然是首选材料。在新能源汽车中主要被应用于驱动电机、转换器、充电桩等部件中。3、软磁材料-硅钢

硅钢是在纯铁中加入少量的硅（一般在4.5%以下）形成的铁硅系合金，具有高磁导率、低磁滞损耗、低铁损等优良的电磁性能。在新能源汽车中，硅钢正是电机的重要材料之一，可以有效地降低电机的铁损和磁滞损耗，提高电机的效率和性能。

除了电机，硅钢还可以应用于新能源汽车的充电桩、电池管理系统、车身结构件等。

图片来源：华为中国数字能源业务

4、软磁材料-金属软磁粉芯

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，其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。

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。尤其在800V高压平台趋势下，金属软磁粉芯将受益较多，单车用量有望从目前约0.7kg左右增长到2.7kg。 5、软磁材料-铁氧体软磁铁氧体是以Fe2O3为主成分的亚铁磁性氧化物，采用粉末冶金方法生产。有Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn等几类，其中Mn-Zn铁氧体的产量和用量最大。软磁铁氧体作为一种高频电气特性优良、成本相对低廉、易于加工成不同形状尺寸产品的电子的功能材料，广泛应用于新能源汽车OBC设备、EV充电设备、HEV动力系统功率转换、DC-DC变换器、电池管理系统、电源分配单元等。

衡量磁性材料性能的指标

‌磁性材料的磁性能衡量指标如下：1、稳定性：主要参数是剩余磁化强度、最大磁能积。值越高表示磁场强度越强，磁体越能保持自身磁性能。2、抗退磁性：主要参数是内禀矫顽力。值越高表示抗退磁能力越强，使用效率值越高。

图片来源：蓝光磁业3、抗温性：主要参数是内禀矫顽力、最高工作温度、居里温度。值越高表示抗温性能越好，磁材性能越稳定。

磁性材料在新能源汽车中的应用前景

软磁材料当中，金属软磁粉芯性能最为优异，在光伏、储能、新能源汽车等板块广泛应用。

新能源汽车上半场主要围绕电动化进行，我们认为电动化更多的是围绕市场需求提高性价比，降本增效展开，磁材作为电动化不可或缺的一部分肩负着提高能效，降低成本的重任。

一方面，企业需要改进现有磁材的性能或是研发新一代磁材，提高饱和磁通密度、矫顽力、电阻率等关键指标，从而提高汽车能量的利用率，避免过多的能量损耗。

图片来源：香磁磁业另一方面，磁材制作的电感、电子变压器都是定制性，需要与客户沟通，从材料、工艺、机械生产化等方面探索降低成本的可能性。按照新能源汽车补贴相关政策，2022 年12月31日补贴将终止，如何降低补贴退坡带来的汽车成本压力等已成为新能源汽车厂商亟需解决的难题。

智能化方面，主要以电动化为基础，需要全车各关键设备能够根据车载处理器要求自行工作，微特电机等需求进一步增加，车联网趋势下，对图像和信息采集、数据传输，数据即时处理等方面的要求会越来越高，因此对磁性器件数量和性能的要求也在提高。

磁性材料在充电桩中的应用

磁性材料在充电桩中的应用主要包括电子变压器和电感器。‌这些磁性材料在充电桩中起到电能转换、电能存储和电磁干扰抑制的重要作用‌。

电子变压器在充电桩中的应用非常广泛。它利用电磁感应原理实现电能变换或把电能从一个电路传递到另一个电路，是电源设备中交流电压和直流电压变换的关键部件。电子变压器的主要构件包括初级线圈、次级线圈与铁芯，通过电磁联系实现电压的升降。在充电桩中，电子变压器能够实现电源设备的交流电压和直流电压的变换、整流，以及电路的隔离、匹配及阻抗变换等功能‌。

图片来源：华为中国数字能源业务

电感器在充电桩中主要用于筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰。电感器由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料和磁芯组成，通过自感效应储存电能。在充电桩中，电感器能够帮助稳定电流，减少电磁干扰，保证充电桩的高效稳定运行‌。

磁性材料在充电桩中的应用还体现在具体的项目和产品中。例如，天通股份的磁性材料已经应用到特斯拉上海超级充电桩项目中。此外，随着电动汽车市场的不断扩大，公共充电桩建设需求增加，磁性元件行业也进入快速发展阶段，市场规模不断扩大‌。

充电桩的磁性探索

充电桩主要通过电流为电动汽车提供充电服务。在这个过程中，充电桩内部的电气元件、电缆和插头等部件起着关键作用。这些部件通常由非磁性材料制成，如塑料、橡胶和铜等，因此大部分充电桩本身不具有磁性。然而，在某些特殊情况下，充电桩可能采用含磁材料。例如，一些高端充电桩为了提高充电效率和稳定性，可能会使用磁性材料如铁氧体、钕铁硼等来优化电磁设计。这些磁性材料可以使充电桩在充电过程中更好地管理电流和磁场，从而提高充电效率。

图片来源：蓝光磁业充电桩是否含磁取决于其材料组成和工作原理。大部分充电桩不含有磁性，但在特定设计和应用中，可能采用含磁材料以提高性能。含磁充电桩可能对周围环境产生一定影响，但在正常使用下对环境和人体安全无害。

充电桩发展对磁性材料的影响

充电桩“建桩换桩潮”将为磁性元件市场带来强劲发展动力。传统的交流充电桩功率较低，难以满足车主对于充电速度的要求，随着大功率充电技术逐渐成熟，新能源汽车市场蓬勃发展将拉动充电桩市场需求。

图片来源：华为中国数字能源业务

充电桩中的磁性元件预计将向高频率、低损耗、集成化方向发展。超级快充通过提升充电功率实现充电时间的缩短，原本适用于普通充电桩的磁性元器件将无法满足需求，需要选择损耗更低、转换效率更高的高频磁性材料。同时，充电桩充电功率的提升是通过增加充电模块的方式实现的，为尽可能缩小体积，磁性元器件也需要往模块化发展。

磁性材料发展趋势

我国磁性材料行业起步较晚，但发展较为迅速。

21世纪以前，国外品牌一直占据我国磁性材料市场主要份额，进入21世纪后，随着技术不断进步，我国磁性材料国际竞争力不断提升，研发水平与发达国家差距持续缩小。

凭借资源和劳动力优势，以及产业链和市场的配套支持，目前我国已发展成为全球磁性材料主要的生产国，生产设备基本已经实现国产化，市场竞争力不断增强，但大多数磁性材料生产企业仍未形成规模优势。

随着电动汽车技术的不断发展和充电桩应用的日益普及，对充电桩的性能要求也不断提高。因此，研究和开发新型的磁性元件材料，以提高充电桩的能效和性能，成为当前的研究热点。例如，纳米晶软磁材料以其优异的磁性能和耐腐蚀性，有望在未来成为充电桩磁性元件的重要材料之一。

磁性材料相关企业

1、‌铂科新材

华为车载OBC、充电桩、UPS等金属软磁材料的核心供应商；芯片电感已批量用于英伟达AI芯片GPU-H100；主要从事金属软磁粉和金属软磁粉芯的研产销。金属磁粉芯产品在光伏领域主要应用在光伏逆变器中；储能领域主要应用在储能模块电源中。
2、东睦集团

东睦集团以P&S、SMC和MIM三大新材料技术平台为基石，致力于为新能源和高端制造提供最优新材料解决方案及增值服务。产品为绿色环保、节能节材的粉末冶金新材料核心零部件，已覆盖新能源、5G通信、智能手机、可穿戴设备、医疗器械、汽车、高效节能家电等领域。3、天通股份

天通控股股份有限公司创办于1984年，拥有多家控股公司和参股公司，是国内首家由自然人直接控股的上市公司。该公司目前已经形成电子材料、电子模组、智能装备、绿色能源四大业务板块，业务涵盖电子信息材料产业链上下游，是集科研、制造、销售于一体的国家高新技术企业。4、屹通新材

杭州屹通新材料股份有限公司，成立于2000年7月，是一家以高品质铁基粉体为核心业务的高新技术企业，主要生产水雾化铁粉、合金钢粉、易切削钢粉、不锈钢粉、烧结硬化粉、金刚石胎体粉、磁性系列粉、超细铁粉、焊材及冶炼添加剂等铁基粉末产品。产品广泛应用于交通工具、家用电器、电动工具、工程机械及医疗器械等终端行业。5、正海磁材

正海磁材成立于2000年，致力于高端稀土永磁材料及元器件的研发和制造，凭借多年积累所构建的“3456”体系(“3大核心技术”、“4大竞争优势”、“5大产品特色”、“6大应用市场”)，在国内建立了5处生产基地，在德国、日本、韩国、美国、马来西亚设立子公司，是国家级高新技术企业、国家级企业技术中心、国家地方联合工程研究中心、山东省磁性材料工程技术研究中心，拥有强大的综合竞争实力。