本文详细梳理十大新材料产业链的市场空间。主要基于光伏、风电、新能源车、半导体、军工5大领域。

绿氢产业：新能源产业的助推剂。假设2025年弃风率30%，弃光率20%，且全部弃电均制成氢气。则弃电总量为3136亿千瓦时，可制成61.7亿千克氢气。假设氢气成本18.5元/公斤，则总产值为1141亿元。

储氢技术：绿氢产业的助推环节。储氢技术一般分为物理储氢和化学储氢，物理：高压气态储氢、低温液态储氢。化学储氢包括固态金属储氢与有机溶液储氢。

硅基太阳能材料：绿电载体。根据CPIA数据，2020年全球多晶硅需求量为46万吨，预计2025年需求量为203万吨，CAGR为45%。金属硅和多晶硅的折算关系：1吨多晶硅需要1.2吨工业硅（金属硅），1GW的光伏装机约需4700吨金属硅。

固态电池：新能源汽车赛道长坡厚雪。根据Adroit Market Research的数据，2018-25年全球动力锂电池市场将以约14%的年复合增长率逐步扩张，因此预计到2025年，全球的动力锂电池市场规模将有望达到1000亿美元。在乐观预期的假定下，固态电池的市场渗透率将有望达到5%，因此固态电池的市场规模将可能达到50亿美元。

为了更方便理解2025年动力电池1000亿美元的市场空间，具体的细化换算关系如下：假设每辆新能源汽车使用60KWh的电池，预计2025年全球新能源汽车销量为1500万辆，则全球总动力电池需求将达到900GWh；按照电池价格100美元/KWh计算，则2025年动力电池的市场规模预计会达到1000亿美元水平。

氢燃料电池：新能源车发展的重要形态。燃料电池拉动铂需求：当前技术，我国燃料电池耗铂量平均大约为0.4g/kW，国际前沿技术可以做到0.2g/kW，预计2025年可进一步降低燃料电池耗铂量，降低至0.1g/kW。我们假设2025年，燃料电池汽车平均功率为100kW，则一辆燃料电池汽车耗铂量约为10g，因此每100万辆燃料电池车带动的铂需求量约10吨。

半导体硅片：半导体产业链中最重要的原材料。据SEMI统计，2020年全球硅片的出货面积达124.07亿平方英寸,12英寸硅片面积约为113.09平方英寸/片，约等于1.1亿片12英寸硅片。目前12英寸硅片的价格约100美元/片，2020年全球市场规模为111.54亿美元。按照每年3%的增速计算，2025年全球市场规模约130亿美元。

溅射靶材：国产替代进行时。据SEMI数据显示，2020年溅射靶材占晶圆制造材料的2.6%、占封装材料的2.7%。同时，据前瞻产业研究院的数据，2020年全球晶圆制造市场规模为348.39亿美元，封装测试全球市场规模为204亿美元。二者相加，在2020年，溅射靶材市场规模为14.56亿美元。以过去3年平均年化3%的增长速度预计，在2025年，封装测试材料全球市场规模为236.49亿美元，溅射靶材全球市场规模将达到16.87亿美元。

碳纤维： 轻量化时代的必需品。由于碳中和带来的巨大增量需求，我们主要针对风电这一需求进行估测，1GW风电约需311吨碳纤维。2020年风电新增装机为96.3GW。按照14万元/吨的价格假设，我们匡算2020年用于风电的碳纤维市场规模约为42亿元。2025我们假设风电新增装机为400GW，对应碳纤维约为12万吨，则市场规模约为170亿元。

高温合金：航空航天领域的高技术材料。军用航空发动机对于高温合金的需求来自于两大部分。

1）发动机增量：我们预测2025年我国新生产军机数量为200架/年。基于新增军用飞机平均配备3台发动机的基本假设（战斗机为双发，且每机配备一个备用发动机），2025年新增的发动机数量为600台。

2）发动机维修替换：军机发动机工作寿命正常 400-500小时，假设军机发动机平均更换周期约为一年。预计到2025年，现有存量军机约3500架，同时基于每架军机需更换1.5台发动机的假定，我们预计25年我国的存量军机发动机替换需求量将达到5250台。 根据现有数据，粗略假定每台军用航空发动机的质量为1.5吨，其中高温合金的质量占比为50%，并且在制作过程中高温合金的成材率为10%，则每台航空发动机对应的高温合金用量约为7.5吨。据此，我们预测2025年，国内军用航空发动机对于高温合金的需求量将突破4.3万吨。按照30万元/吨的价格来推算，2025年高温合金在军用发动机细分市场的规模将有望达到130亿元。

砷化镓：第二代半导体。根据Yole预测，全球砷化镓产值将由2020年的2亿美元上升至2025年的3.48亿美元，复合年均增长率达到10%。

图表1：十大新材料市场空间增速与规模一览

资料来源：海通国际整理，详见下文

资料来源：中国氢能联盟，海通国际

据中国能源局官网数据，截至2020年底，我国可再生能源发电装机总规模达到9.3亿千瓦，占总装机的比重达到42.4%，同时我国可再生能源发电量达到2.2万亿千瓦时，占全社会用电量的比重达到29.5%。截至2020年底，我国风电装机2.8亿千瓦，年发电量4665亿千瓦时；太阳能发电装机2.5亿千瓦，年发电量2611亿千瓦时。

我国可再生能源开发建设最早始于“三北”区域。近几年,受“三北”区域消纳能力影响，风、光等可再生能源增长主要集中在中东部地区。但是,中东部受严苛的土地、资源和生态环境保护限制，风电、光伏的经济环保可开发容量仅在10亿千瓦左右,存在天花板上限,难以保障长远能源需求。因此,未来我国可再生能源发展的重心将从中东部区域重新“北上”和“西进”,向“三北”等资源富集区域回归。但是当地发电能力和用电能力不匹配意味着需要有运输、消纳过剩电能的手段，否则弃风弃光现象势必增加。

同时当大量可再生能源并网运行之后，单纯依靠短周期的小时级储能无法满足电力稳定供应的要求，需要有日度，月度甚至是季节性储能方案。

这两个条件为绿电储能市场开辟了广阔的空间。其中绿电制氢就是一条富有竞争力的技术路线。

2021年总书记明确提出，我国2030年光伏和风电总装机容量将达到12亿千瓦以上。2020年底我国风电和太阳能总装机量为5.3亿千瓦，缺口为6.7亿千瓦。假设2025年填上了一半缺口，且新建的风电光伏比例与现在相同，则2025年光伏和风电总装机容量为8.65亿千瓦，每年可产生11875亿千瓦时电能。以50.83千瓦时每kg氢气计算（理想情况下，生产1kg氢气理论上需要电量为33.04千瓦时。若电解效率按65%计算，则生产1kg氢气耗电量为50.83千瓦时），则这些绿电可制233.6亿kg氢气。

       以中国氢能联盟提供的制氢成本计算，假设可再生能源发电大面积铺开后电价为0.2元每千瓦时，则制氢成本18.5元/kg。

       对于市场空间预判：2016年中国西部地区弃光率约为20%，弃风率为33.34%。2016年之后由于国家能源局调控，弃风弃光率均有所下降。但随着新能源发电大规模装机，可预见弃风弃光率将再度上升。假设2025年弃风率30%，弃光率20%，且全部弃电均制成氢气。则弃电总量为3136亿千瓦时，可制成61.7亿千克氢气。假设成本18.5元每公斤氢气，则总产值为1141亿元。

资料来源：中国氢能联盟，海通国际

图表4 不同制氢方式成本对比

资料来源：中国氢能联盟，海通国际

由中南电力设计院数据，1000kV交流特高压线路建设费用为425-590万元/km，取500万元/km。常见的LGJ-8×500型号导线1000kv特高压输电能力为12000MW。假设一年365天无间断供电，则年输电量为105亿千瓦时。

根据国内济源-吉利输氢管道项目测算，该项目年输送能力10.04万吨氢气，总造价1.54亿元，折算建设成本为616万元/km。按燃料电池发电效率为60%（发出的电能与直接燃烧氢气的热能相比）计算，10.04万吨氢气可折合能量电能23.82亿千瓦时。

造成这个现象的原因主要是当前氢气管道运输技术尚不成熟。首先输氢压力一般仅为1-4MPa（济源-吉利项目为4MPa）。同时使用的管径也较小（济源-吉利项目使用ф508mm管道）。相比之下，我国国内天然气主干线输气管最大压力为10MPa，最大直径能够达到ф1016mm～ф1219mm。若氢气管道运输各项指标能达到天然气主干线水平，则氢气管道运输能力可达到当前水平的10-14倍，能量传输能力超过特高压线路。

但应该指出的是，特高压输电只能解决能量的传输问题，对于可再生能源的波动性无能为力，故运出来的电要并入电网还需其他能量存储方式配合。而氢气作为能量承载介质，相比电力的最大优势在于可以同时解决能量的储存问题。故不应完全以运输成本评判两种方案。

值得一提的是，世界各国也在研究将氢气部分掺入天然气管道进行运输的可行性。2019 年，德国 E.ON 的子公司 Avacon 计划将天然气管道网的氢气掺杂率提高到 20%。2020年开始，英国HyDeploy示范项目向基尔大学现有的天然气网络注入高达20％（按体积计）的氢气。

由于天然气管网十分庞大，故即使是部分掺氢也可以消纳大量的氢气，降低可再生能源波动产氢的储运成本。此种方案若成功，我国在绿电制氢初期阶段也可以借用西气东输的管线，大大减少氢气储运成本。为后续氢气管道运输技术成熟争取时间。

电解水制氢第一大投入是电费，第二大投入就是设备。三种最有可能的电解水制氢技术路线各方面对比：其中固体氧化物电解法尚处于实验室阶段，碱性电解法已经是成熟的商业化技术，而质子交换膜电解水处于初步商业化阶段

图表5 三种电解水制氢方案对比

资料来源：全球能源互联网研究院，海通国际

碱性电解法隔膜主要为石棉，正负极为Ni或Ni合金。质子交换膜电解法隔膜为质子交换膜，然后在质子交换膜两面涂敷Pt、Ir等贵金属作为催化剂。

目前相同产能下，质子交换膜电解水设备成本约为碱性电解水的2-3倍，这主要是质子交换膜和贵金属催化剂导致的。碱性电解槽目前已经基本实现全国产化，虽然隔膜与电极性能与国外有一定差距，但是成本优势显著。而质子交换膜电解法核心技术优质质子交换膜目前被杜邦、DOW、旭化成等少数国外企业垄断，国产产品与国外性能差距显著。这也是质子交换膜电解法高成本的重要原因之一。

图表6 三种电解水制氢方案技术指标对比

资料来源：中国氢能联盟 ，海通国际

同时由于质子交换膜多为氟磺酸树脂，故要求催化剂在催化性能良好之外还必须耐腐蚀。目前能满足两个条件的催化剂只有Pt、Pd、Ir、Ru等铂族贵金属及其氧化物，这也是质子交换膜电解法成本居高不下的另一个重要因素。

 

质子交换膜法相比于碱性电解法具有以下几个关键优势：

1、启动时间短。碱性电解法每次开机需要启动时间（大于20分钟），质子交换膜电解法启动时间短（小于10分钟），可以做到随用随开，比碱性电解法更适合用于电力供应有波动的可再生能源制氢。

2、工作范围大。质子交换膜法可在0%-160%范围内工作，碱性电解法只能在10%-110%，更大的工作范围有利于适应可再生能源供电的波动性，也有利于辅助调节电网负载。

3、制取氢气纯度高，可达99.999%。在对氢气纯度有高要求的场合提纯成本低，可具有成本优势。

由于成本影响，短期内可预计碱性水电解法是主流的电解水制氢方案，随着质子交换膜成本的下降以及更少贵金属用量的催化剂开发，预计质子交换膜电解法会成为主流制氢方案。

        碱性电解法已经很成熟，国内主要企业有中船718所、苏州竞立、天津大陆、淳华氢能等，国外企业主要有NEL（挪威）、西门子（德国）等。

       质子交换膜电解法在国内目前还处于初步商业化阶段，提高技术水平、降本增效是当前主要目标。上述企业也在积极研发和改进质子交换膜电解法。

       同时光伏、石化等行业的龙头企业也在积极跨界布局电解水制氢。

图表7 光伏、石化巨头跨界布局电解水制氢情况

资料来源：海通电新组，海通国际

图表8 不同储氢方式对比

资料来源：中国氢能技术发展现状与未来展望，海通国际

高压气态储氢是将氢气加压后打入储氢罐，储氢罐有四层结构，铝合金制成罐体，内部衬塑料内胆，外面包裹碳纤维强化塑料（CFPR）保护层，保护层外边还有玻璃纤维减震层。装有5kg氢气的氢气罐本身就会重达100多千克，储氢质量百分比仅有5%左右。

液化储氢技术是将纯氢冷却到20K，使之液化后装到“低温储罐”中储存。为了减少蒸发损失，储罐做成真空绝热的双层不锈钢容器，两层壁之间除保持真空外，还放置薄铝箔以防辐射。目前质量效率比为5.1%-10%。

有机液体储氢是利用不饱和有机液体的加氢和脱氢反应来实现储氢。某些有机液体可以可逆吸放大量氢，且反应高度可逆、安全稳定、易运输，可以利用现有加油站加注有机液体。常用储氢的有机液体包括苯、甲苯、萘、吡啶等，质量储氢密度已接近7.5%。稀土储氢材料一般指的是稀土储氢合金粉，它是在稀土金属中加入某些第二种金属形成合金后，在较低温度下能可逆地吸收和释放氢气的材料。最早出现的稀土储氢合金是CaCu5型六方结构的稀土储氢合金LaNi5、CeNi5，其中以LaNi5为典型代表，其在室温下可与几个大气压的氢反应被氢化，生成具有六方晶格结构的LaNi5H6。

La-Mg-Ni系合金，其中镁增大了合金的储氢容量（390 mAh/g），并且价格便宜、资源丰富。将Mg加入到合金中可以形成具有更大储氢容量的新型储氢合金。

且具有储氢容量高、可逆性好以及动力学与热力学行为温和可控等优势，被认为是新一代镍氢电池理想的候选负极材料。

而AB5型合金主要由La与Ni两种元素构成，历史较久，目前渐渐被取代。LaNi5型储氢负极合金的实际最大容量（350 mAh/g）接近理论值（372 mAh/g），上升空间有限，目前研发力量集中在其他类型的储氢合金。

图表11 La-Mg-Ni系与LaNi5系合金对比

资料来源：包头稀土研究院，海通国际

为了突破LaNi5合金的理论容量，同时解决La-Mg-Ni系合金在制造和使用过程中存在的问题，发现钇元素能够抑制二元镧镍合金的氢致非晶化。因此La-Y-Ni合金具有能量密度高，易储备且循环次数高的特点，属于环保安全二次电池，其中贵金属可以全部回收进行二次利用。

从经济角度而言，使用成本相对较低的钇（25万/吨）代替其他类型中的Pr、Nd、Co（40万/吨）等稀有金属，同时利用电解法制备钇镍和镧钇中间合金，再采用其形成钇的单价，极大地降低了成本，具有经济性。且其寿命达到了500周之久，具有终端应用潜力。

白云鄂博实验室目前已建成年产300吨的稀土储氢合金实验性生产线。目前对材料的结构以及结构与性能的关系还没有系统和深入的研究，成为制约成果转化的技术瓶颈和核心科学问题。

北方稀土的稀土储氢合金年产仅约2500吨左右。

图表12 氢能源汽车

资料来源：凤凰新闻，海通国际

硅基太阳能材料一般用作硅基太阳能电池（也可称之为光伏）等电相关的应用，其工作原理是利用光电材料吸收光能量后发生光电转换效应（在高于某特定频率的电磁波，该频率称为极限频率照射下，某些物质内部的电子吸收能量后逸出而形成电流，即光生电）。太阳能电池包含非晶硅、多晶硅与单晶硅等多种材料的硅太阳能电池。

硅基太阳能电池中，主流的两种电池为单晶硅与多晶硅，当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则形成多晶硅。近年来，单晶硅这种高效、先进的光伏发电模式随着技术进步比多晶硅更加受到市场认可。这也是多晶硅产量2017年后迅速下降，而单晶硅太阳能电池的产量则迅速上升的重要原因。

图表13 硅基太阳能电池

资料来源：海通国际

图表14 2000-2017年中国多晶硅、单晶硅太阳能电池产量

资料来源：wind，海通国际

光伏的核心在于光电效应，光电效应的实现离不开硅的作用，多晶硅与单晶硅的使用主要集中在晶体硅电池制造环节。如下图，它同玻璃，框架三者共同构成了光伏组件。

图表15 光伏产业链

资料来源：《风电和光伏对原材料的需求量化模型》，海通国际

多晶硅与单晶硅的生产流程如下图所示，作为原料的多晶硅可选择两种不同的技术路线，最后搭建成为光伏电站。

图表16 从硅片到光伏

资料来源：海通国际

根据CPIA数据显示，2020年全球多晶硅需求量为46万吨，预计2025年需求量为203万吨。金属硅和多晶硅的折算关系：1吨多晶硅需要1.2吨工业硅（金属硅），1GW的光伏装机约需4700吨金属硅。

图表17 2020年-2025年全球多晶硅需求

资料来源：CPIA，海通国际

PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)，即钝化发射极和背面电池技术，通过在电池的后侧上添加一个电介质钝化层来提高转换效率。技术为PERC。

HJT技术以N型单晶硅(c-Si)为衬底光吸收区，经过制绒清洗后，其正面依次沉积厚度为5-10nm的本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)和掺杂的P型非晶硅(p-a-Si:H)，和硅衬底形成p-n异质结。

HJT电池主要生产流程中包括制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、TCO 制备、电极制备四步。

其中，非晶硅薄膜沉积（构建异质结结构）中的PECVD设备壁垒最高，难度最大。PECVD是指利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。其设备价值最高，在上述四个环节的设备中占约50%的价值。

2021年10月28日，隆基股份披露其HJT电池转换效率突破26.3%，创造世界纪录。我们认为，HJT电池目前虽然占比有限，但转换效率进一步取得突破并于perc电池拉开差距后，市场份额将供不应求，景气度进一步提升。

作为市场占有率仅1%的异质结HJT电池而言，假设技术突破，带来了10%的市场份额的话，市场存在着10倍的增长空间，给相关产业的公司业绩带来巨大的增长空间，投资机会广。

根据乘联会发布的数据，八月份我国新能源乘用车的销售量已经达到了约25万辆，新能源车厂商的批发渗透率创新高，达到了20.1%。在去年发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中提出，预期我国到2025年新能源汽车占总销量的25%左右，而就八月的数据可以看出新能源汽车的渗透率已远超先前的预期，以蓬勃的势头发展壮大。

图表18 国内新能源汽车销量

资料来源：乘联会，海通国际

根据中汽协的测算，未来五年我国新能源汽车的销量增速将保持在40%左右，根据1-8月新能源汽车的销量数据，预期今年全年新能源汽车销量约为260万辆，推算2025年，我国新能源汽车将突破1000万辆。新能源汽车广阔的市场空间带动上游电池的需求，而目前市场上应用的电池种类分为液态电解质的锂电池（主要为三元锂电池、磷酸铁锂电池）和燃料电池（主要为氢材料电池）。

传统液态电解质电池因为热失控诱发短路易发生自燃，常见的热失控原因有以下几种情况：电池包浸水，水中杂质可导电引起短路；电池受外部物理刺穿隔膜，导致电池正负极短接，造成自燃；电池析锂导致枝晶生长，进而刺穿隔膜引发危险事件。在液态电池高镍化的趋势下，随着NCM811、NCA等高能量密度电池的市场投入，新能源汽车短路自燃的风险也将越来越高。

图表19 2020年各月份新能源汽车事故发生次数（单位：次）

资料来源：《电动汽车观察家》，海通国际

据统计，2020年全年新能源汽车事故总数为124起，其中八月由于气温较高，自燃事故发生次数最多，达到27起。截至2021.9，今年新能源汽车发生自燃的事故为64起。根据国家市场监督管理总局的统计，截止2021.8企业累计召回新能源缺陷车130.74万辆，占新能源汽车保有量比例超22%。自燃事件的频繁使得新能源汽车的安全问题愈发受到重视。

图表20 2021年部分新能源汽车自燃事故概况

资料来源：新能源汽车起火记录小组，海通国际

对于传统燃油车，油箱容积约为55L，平缓驾驶工况下百公里油耗大致约为8L/km，大致推算，油箱装满下燃油车最多可以行驶600公里，而600公里这一续航里程目标成了电动车是否能够取代传统燃油车的重要指标。目前新能源电动车，如特斯拉MODEL3高性能版的续航里程显示为605公里（NEDC工况），但考虑到电池损耗、极端天气等对电池性能的影响，目前的电池续航能力还难以匹敌传统燃油车。

市场普遍认为，主流的电动车能量密度大致为160Wh/kg，只有能量密度达到400 Wh/kg以上，才能与传统燃油车的续航里程旗鼓相当。而对于液态电解质电池而言，理论的能量密度为350 Wh/kg，所以市场急需新型电池，兼顾汽车安全性，又能突破电动车能量密度的瓶颈。对于燃料电池，由于加氢站、空压机成本昂贵，目前认为只能在重型商用车上得以应用，对于乘用车上的投入使用任重道远。基于这样的背景，固态电池凭借优异的性能得到许多关注。

图表21 固态电池结构图

资料来源：Gao-Long Zhu.《Fast Charging Lithium Batteries: Recent Progress and Future Prospects》，海通国际

固态电池是指采用固态电解质的锂离子电池。与传统锂电池相比，全固态电池最突出的优点是安全性。固态电池具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性，固态电解质是固态电池的核心，电解质材料很大程度上决定了固态锂电池的各项性能参数，如功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命。

图表22 固态电池分类

资料来源：CNKI，海通国际

从产业链的角度来看，固态电池与液态锂电池的产业链构成十分相似，主要的区别在于上游负极材料和电解质的不同。

在上游环节，固态电池的正极材料一般采用复合电极，除了电极活性物质外还包括固态电解质和导电剂，正极主要使用的原料有三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂和锰酸锂这四种。固态电池的负极材料主要有三类：金属锂负极、碳族负极和氧化物负极，其中金属锂负极因其高容量和低电位的优势而成为了固态电池中最为主要的负极材料。固态电池的电解质区别于传统的有机液态电解液，主要原料分为聚合物、氧化物和硫化物，目前欧美企业偏好氧化物与聚合物体系，日韩企业则更青睐硫化物体系。

在中游环节，固态电池企业是最为重要的主体。日本的固态电池企业包括丰田（Toyota）、出光兴产（Idemitsu Kosan）、日立造船（Hitachi Zosen）；韩国的固态电池企业包括三星SDI（Samsung SDI）、LG化学（LG Chem）、现代（Hyundai）；美国的固态电池企业包括Solid Power、Quantum Scape、Sakti3等；中国的固态电池企业包括赣锋锂业、宁德时代、北京卫蓝、清陶发展等。

在下游环节，与液态锂电池目前的下游应用领域相接近地，固态电池最为重要的两个终端应用就是在新能源汽车和电化学储能领域。一方面，随着固态电池产品的成熟，由于其能量密度高、安全性能佳、规模经济效应等优势，有望在动力电池领域大放异彩；另一方面，固态电池被公认为有望突破电化学储能技术瓶颈，随着电化学储能在用户侧、可再生能源并网配套、备用电源等领域的进一步应用而实现需求的突破。

图表23 固态电池产业链

资料来源：海通国际

全固态电池中固态电解体既充当了电解液的作用，又充当了隔膜的作用，所以不会存在正负极短接引发热失控的风险，因而更加安全，也正因如此，固态电池的工作电压平台可以更高，实现效率更高的超级快充。

另一方面，固态电池由于采用了能量密度更高的锂作为负极，所以单体电池的能量密度进一步提升，而对于电池包的成组效率而言，固态电池得益于固体形态的优势更易打包成组，形成CTP刀片电池模块，电池包的成组效率也要高于传统液态电池。而辉能公司推出的CIP（Cell is Pack）进一步提升了固态电池的成组效率，并且在制造效率和成本控制上，基于此技术，其动力电池的生产可以极大精简制程，简化幅度达到45%，并大幅降低生产成本，同时单位产能可提升300%。

固态电池由于没有液体电解质加注的过程，故省去了这一环节的成本。根据辉能科技推算，相对于传统液态电池，假设电池产能为1GWh时，电芯成本是1.6倍，电池包成本1.3倍；当产能达到10GWh时，电芯成本约为1.3倍，电池包的成本约为1.05倍；产能到20GWh时，电池包的成本就将低于液态电池约为98%。

图表24 辉能固态电池CIP技术

资料来源：辉能科技，海通国际

20GWh动力电池约能配套400万新能源汽车，2025年新能源汽车体量将达到1000万辆，固态电池的渗透率如果达到40%，而在成本上将反超液态电池，更具竞争力。而且，辉能科技所用的双极电池包由于直接在电芯内使用了内部串联技术，使得在系统上减少了电池芯的数量，而已简化BMS系统，也降低了热管理系统，间接得降低了不少成本。

图表25 辉能固态电池与液态电池成本比（以液态电池为1）

资料来源：辉能科技，海通国际

目前，固态电池的研发还处于实验室阶段，尚未有企业对其进行大规模商业化量产，因此其市场占有率还处在较低水平。由于固态电池与现在主流的液态锂电池本质相近，因此考虑基于现有的锂电池市场规模来估算未来固态电池潜在的市场规模。

根据Adroit Market Research的数据，2018-2025年全球动力锂电池市场将以约14%的年复合增长率逐步扩张，因此预计到2025年，全球的动力锂电池市场规模将有望达到1000亿美元。在乐观预期的假定下，固态电池的市场渗透率将有望达到5%，因此固态电池的市场规模将可能达到50亿美元。为了更方便理解2025年动力电池1000亿美元的市场空间，具体的细化换算关系如下：假设每辆新能源汽车使用60KWh的电池，预计2025年全球新能源汽车销量为1500万辆，则全球总动力电池需求将达到900GWh；按照电池单位100美元/KWh计算，则2025年动力电池的市场规模预计会达到1000亿美元。

图表26 2018-2025年全球动力锂电池市场规模预测（亿美元）

赣锋锂业：固态电池将成为公司未来动力电池业务板块的发展重点。2021年4月，赣锋锂业新增年产7000吨金属锂及锂材项目签约落户宜春。项目计划投资22亿元，宜春赣锋将在宜春金凯盛分期建设高比能固态电池超薄锂负极材料项目。今年7月16日，东风公司技术中心与江西赣锋锂电科技有限公司正式签约，双方就固态电池示范运营合作进行洽谈，并签订固态电池E70车型示范推广协议。双方将依托东风技术中心在新能源领域的技术积累与自主研发能力、江西赣锋锂电科技有限公司良好的固态电池资源布局，携手推进固态电池技术产业化落地。

 

在产品端，公司第一代混合固液电解质电池产品已通过多项第三方安全测试和多家客户送样测试，能量密度达235～280Wh/kg，目前产能为0.3GWh/年。第二代固态锂电池基于高镍三元正极、含金属锂负极材料，目前该产品能量密度超过350Wh/kg，循环寿命接近400次，能量密度超过420Wh/kg的金属锂负极的固态电芯已在特殊领域开始应用。目前公司的两代产品仍为半固态电池，这是全固态电池电导率低、成本居高不下大环境下的过渡方案，全固态电池的市场渗透仍需较长的一段时间。

清陶能源：368Wh/kg固态动力电池通过国家强检认证。9月份公司生产的QT-360高能量密度固态动力电池通过了国家强检认证。该产品电池单体实测放电容量（1/3C）超过116Ah，能量密度为368Wh/kg。

在项目层面，清陶能源10GWh固态电池项目（一期）已进行投产，投资5.5亿元人民币，占地面积100亩，建筑面积38000m2，年产能1GWh，生产标准全面达到车规级，汇聚了清陶多项固态电池创新技术，设备自动化程度高、精度准，能有效降低锂电池成本，提高产品的稳定性和一致性，更好地满足新能源汽车全面升级的需要。

   卫蓝新能源：利用液态电池产业链的工艺设备，快速布局固态电池业务。公司完成了300Wh/kg以上高镍三元正极的混合固态电池设计开发，已经给多家国际国内整车厂送样测试，评价结果良好，成功通过针刺、挤压、过充、短路等滥用试验，循环寿命达到1200次以上。根据整车厂导入周期18-24个月考虑，该产品预计在2022年量产，后期会根据市场情况和资金情况进行实时调整。

2019年，公司开展固态电池生产项目，总投资5亿元，一期项目投资1.8亿元，建成后预计形成年产1亿瓦时固态电池的生产规模，计划2021年实现1GWh产能，2026年达到20GWh的产能。

随着双碳目标的提出，兼顾石油安全等原因，当前中国乃至世界处于能源变革的关键时期。燃料电池又称电化学转化器，是一种利用电化学反应直接将燃料（常指氢）的化学能转化为电能的转换装置。与传统能源相比，由于燃料电池无需经历燃烧过程，所以规避了卡诺循环的效率上限值，故具备效率高的优势。而氢燃料电池由于不含碳、氮等元素，反应产物中不具有一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等大气污染物，所以燃料电池也被认为是清洁的能源。

图表27 卡诺定理

资料来源：《工程热力学》，海通国际

燃料电池的产业链中，燃料电池系统处于核心地位，其包括了电堆、供气系统、控制系统、加注系统等。电堆作为燃料电池系统的核心又包括了双极板、膜电极和密封件，其中膜电极由质子交换膜、催化剂和气体扩散层构成。

加氢站作为向燃料电池汽车提供氢气的基础设施，是燃料电池商业化中必不可少的一环，但其成本、大批量储氢安全性方面还有很大的发展空间，目前加氢站分布不够普遍，是燃料电池汽车推广所遇到的主要难题之一。截至2020年底，中国累计建成加氢站118座，目前保持着较高的增速，预计2025年国内加氢站数量将达到1,000座，但对比目前中国建有的加油站数量约119,000座，差距还是十分悬殊，加氢站的建设进程道阻且长，同时也蕴藏着较大的市场机会，国内已有一部分优秀企业正从事加氢站建设业务。

上海氢枫成立于2016年，专注于加氢站、高密度氢气储运设备的研发、以及其关键设备的生产及运营，并从事加氢站的投资、建设及运营。目前，上海氢枫是中国领先的加氢站建设及运营商，参与建设及营运多家加氢站，并已获认证为上海高新技术企业，持有多项专利。

2021年1月28日，金马能源与氢枫能源成立合资公司，双方将利用各自优势，就合作氢气业务和加氢站投资运营等业务展开深度合作。未来，金马能源将计划总投资15亿元，进一步收购、扩大氢能生产，重点发展氢能汽车、重卡及燃料电池等上下游产业链项目。依托公司现有油气站联营建设加氢站，以河南区域为主，辐射周边省份，逐步建设运营50-100个加氢站。最终，形成氢气“制、储、运、加”等全产业链业务, 打造中原氢能示范应用的新标杆

图表28 中国部分运营加氢站

资料来源：北极星氢能网，海通国际

对于产业链中游而言，燃料电池电堆是动力系统中的最关键的部分，它决定了整个燃料电池的性能上限。电堆是由多个单体电池以串联方式层叠组合构成，所有单电池交替叠合密封后，用前、后端板压紧再用螺杆紧固拴牢构成。而单体电池是由双极板、膜电极和密封件组成的。

图表29 质子交换膜燃料电池单体电池结构

资料来源：衣宝廉《燃料电池—原理·技术·应用》，海通国际

双极板在燃料电池工作过程中负责导电、导气、导热的作用，材料选择上需具备高强度、耐腐蚀、耐高温等特点。目前，市场上双极板的材料大致分为三类：石墨、金属、复合材料。石墨材料耐腐蚀性好但是强度不如金属材料，复合材料兼顾了石墨和金属材料的优点，但是目前技术仍处于研发状态，成本较高难以产业化，国内部分大部分仍是采用石墨作为双极板材料。

图表30 不同双极板材料的对比

资料来源：CNKI，海通国际

膜电极又包含了质子交换膜、气体扩散层和催化层三部分，它是电化学反应发生的主要场所，负责传递电子、质子，在电堆中起着核心作用，直接决定着电堆的成本、性能及寿命。国内目前负责膜电极生产的企业已有十余家，如亿华通、鸿基创能等。催化剂能够显著降低电化学反应活化能，大大提高反应效率。由于铂基催化剂优良的化学性能、稳定性和导电性使得铂成为催化剂的首选材料。并且目前，质子交换膜燃料电池中膜电极的催化剂材料主要也是依据铂的含量分为三大类，铂催化剂、低铂催化剂、非铂催化剂。国内贵研铂业作为以燃料电池催化剂为主产品的上市公司，布局较早，所生产的产品供上汽集团使用。

燃料电池拉动铂需求 目前，大部分的加工铂主要用于内燃机后处理中的三元催化器中，而未来电动化的趋势下，铂的下游需求将主要延伸至燃料电池车。当前技术，我国燃料电池耗铂量平均大约为0.4g/kW，国际前沿技术可以做到0.2g/kW，预计2025年可进一步降低燃料电池耗铂量，降低至0.1g/kW。我们假设2025年，燃料电池汽车平均功率为100kW，则一辆燃料电池汽车耗铂量约为10g，因此每100万辆燃料电池车带动的铂需求量约10吨。

图表31 燃料电池空压机种类

资料来源：CNKI，海通国际

燃料电池系统除了电堆还需要相匹配的辅助系统，包括燃料供给系统、空气供给系统、散热器和电子控制元件。辅助系统中，空气压缩机（空压机）的成本约占整个燃料电池系统的15%，而其功耗约占辅助系统的80%。空压机的性能好坏直接决定了电池系统的功率密度和效率。常见的空压机分为三种形式，涡旋式、双螺杆式、离心式。我国的空压机起步较晚，目前产品均大量采购自海外。空压机作为产业链中的关键技术，其高昂的价格蕴藏较大利润，随着国内外科研机构及企业的研究，技术会愈加成熟。

图表32 燃料电池产业链下游竞争优势

资料来源：海通国际

燃料电池产业链下游主要分为三大领域，固定式领域、运输式领域、便捷式领域。固定式领域包括通信基站、大型热电联产等，具备造价低廉、电池系统能量密度高的优点。运输式领域中，燃料电池汽车兼顾了传统燃油车续航能力以及纯电动车无污染的优势，发展前景较好，2020年我国燃料电池汽车销量为1177辆，随着技术的不断更新带来成本的降低，燃料电池汽车的市场占有率也将稳步提升。便携式燃料电池因为发电效率提高，能量密度大等优点将被应用于相机、手提电脑等民用、军用领域。

重塑股份是燃料电池系统及核心零部件行业龙头，掌握核心零部件技术。公司的主要产品包括燃料电池系统和分总成，在系统方面，公司在燃料电池系统设计、控制、仿真、集成和安全等环节拥有核心技术优势，拥有Caven 和Prisma 镜星两个系列产品，覆盖商用车全场景；在核心零部件方面，公司在燃料电池电堆、DC/DC、空压机、控制器等核心零部件环节取得突破并逐步实现国产化、产业化。在产品性能方面，公司燃料电池系统产品在核心性能指标上已达到国际先进水平。在下游客户方面，公司与国内多家知名车企如东风汽车、宇通客车、申龙客车、中通客车等建立了深入的合作关系，为多款燃料电池汽车车型提供燃料电池系统。

芯片制造的产业链从上游到下游大体可以分为EDA软件（芯片设计辅助软件）、IP授权、芯片设计、芯片制造与封装测试这五个环节。

图表33 芯片产业链

资料来源：前瞻产业研究院，海通国际

芯片产业链中，原材料的需求集中于芯片制造与封装测试这两个环节。而其他环节则注重研发与设计。在芯片制造环节中，所需材料涉及到金属的主要有晶圆制造与溅射靶材这两个环节。所需金属种类与工艺有较大的区别。

在晶圆制造环节，主要用到的材料有高纯度硅、砷化镓与磷化铟材料。这里涉及到第三代半导体问题，在后文会进一步详述。

在溅射靶材中，用到铜、铝、钽、钛和钴等多种有色金属，作为一次性耗材的溅射靶材，其作用在芯片制造中是必须的，其需求量较大。

图表34 芯片制造所需原材料一览

资料来源：前瞻产业研究院，海通国际

晶圆制造是制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的硅晶棒。硅晶棒在经过研磨，抛光，切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆。其基底材料包括少量的砷化镓与磷化铟。

电子迁移率越高，说明通过该材料的效率越高。由于砷化镓自身的特性，砷化镓的电子迁移率(8500 cm2/(V·s))是硅(1350 cm2/(V·s))的几倍。因此，电子经过砷化镓的速度是经过硅的几倍，用砷化镓做硅片可以极大的提升晶片的各项性能。但由于价格高、工艺复杂等因素，目前仍然在探索中。多数晶圆中硅约占比98%、其他材料占比2%。

图表35 晶圆成品图

资料来源：海通国际

图表36 靶材种类图

资料来源：半导体芯片行业用金属靶材市场分析，海通国际

据SEMI统计，2020年全球硅片的出货面积达124.07亿平方英寸, 12英寸硅片面积约为113.09平方英寸/片，约等于1.1亿片12英寸硅片。目前12英寸硅片的价格为100美元/片，2020年全球市场规模为111.54亿美元。按照每年3%的增速计算，2025年全球市场规模约130亿美元。

溅射靶材是指在高真空条件下分别去轰击不同种类的金属溅射靶材的表面，使各种靶材表面的原子一层一层地沉积在半导体芯片的表面上，通过金属将芯片内部数以亿计的微型晶体管相互连接起来，从而起到传递信号的作用。

图表37 不同材质靶材使用

资料来源：前瞻产业研究院，海通国际

不同材质的靶材的应用范围存在着较大的区别，在导电层、阻挡层、接触层所需的金属特性有所不同。导电层注重于金属的导电性与电阻，阻挡层注重于稳定性与抗干扰性，接触层要注重电子迁移率。因此，溅射靶材需要用到多种金属，配合完成制造。

溅射靶材作为芯片产业中不可缺少的一个材料，市场规模维持总体稳定增长。

中国半导体靶材行业市场规模远远小于全球，但在全球半导体靶材市场规模从2014年至2019年增加50%时，中国半导体靶材市场规模从2014年4.2亿人民币升至2019年的12.1亿人民币，增加约200%。增速大幅高于国际市场。这主要是由于国产靶材近年来国产替代脚步加快，导致增长比例远远高于国际市场。

在国际市场上，由日矿金属、霍尼韦尔、东曹与普莱克斯占据了近80%的市场。几大国际巨头垄断了靶材行业。加之靶材行业独特的供应商认证体系。新进企业需要花费2-3年时间进行质量认证，取得对应企业许可后才可作为供应商供货，具有一定的垄断壁垒。对后进供应商的资金与技术要求十分苛刻。

图表40 国际靶材主要生产企业

资料来源： 半导体芯片行业用金属靶材市场分析，海通国际

在国内市场，由江丰电子与有研新材作为国内溅射靶材生产第一梯队，与其他厂商的规模拉开了较大的差距。同时，阿石创、隆华科技等多家厂商共同位于第二梯队，具有规模较大，与第一梯队中的厂商形成了互补的格局。

碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量特种纤维，截至目前，几乎所有的碳纤维都进一步加工成复合材料进行终端应用。这是因为，碳纤维本身是脆性材料，韧性差。因此需要复合以增强韧性变为复合材料才能进行使用。因此，一般指的碳纤维其实是碳纤维增强复合材料。

碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP）是以碳纤维为增强材料，以树脂、金属、陶瓷等作为基体材料，经过复合成型制成的结构材料，与传统的金属材料相比，具有密度小、强度高、耐腐蚀、抗疲劳、耐高温（熔点近1000度）、便于设计、易于大面积整体成型加工等优点。按照基体材料的不同分为以下几种：

图表41 碳纤维复合材料类型

资料来源：《碳纤维复合材料的应用现状与发展趋势》樊星，海通国际

聚丙烯腈为代表的树脂基复合材料碳纤维占碳纤维复合材料消费市场的92%。是碳纤维投向应用领域最主要的路线。

图表42 聚丙烯腈合成工艺

资料来源：海通证券《硅碳产业链之碳纤维产业数据库》，海通国际

中国的碳纤维下游需求与外国之间存在着较大的差异，在中国，超过1/2的下游需求集中在体育休闲类（钓鱼竿、羽毛球拍与高尔夫球杆等民用产品）。同时风电叶片中所需碳梁也占据了16%的市场份额，需求集中于少数几种类型。放眼全球，国外的用途较为多元化，比较平均，对风电叶片而言，30%的需求集中于风电叶片，15%的用于航空航天，汽车则占据了12%。

图表432020年全球碳纤维下游需求分布

资料来源：《2020年全球碳纤维复合材料市场报告》，海通国际

图表44 2020年中国碳纤维下游需求分布

资料来源：产业信息网，海通国际

造成这样的原因主要有：欧美清洁能源已推行多年，而中国能源结构与欧美存在着较大的差距，风电也存在着一定的距离。同时，欧美国家垄断了用于航空航天等高等级的碳纤维，国产替代尚未完成。同时，欧美豪华品牌更倾向于昂贵的碳纤维给予更高的溢价。在中国，碳纤维在钓鱼竿、羽毛球杆等民用产品中的国产替代。风电叶片有一定占比，但不及欧美。多种因素共同决定了二者截然不同的终端需求。

图表45 2000-2020年中国碳纤维产量、需求量

资料来源：前瞻产业研究院、中商产业研究院，海通国际

在产品结构上，中国与外国之间存在着巨大的代际差异，东丽化学已经可以量产M60J型的碳纤维，而我国最领先的光威复材量产到T800S级别的碳纤维。

大丝束和小丝束是按照K数不同来划分的，1K表示一束碳纤维丝中含有1000根原丝。而1K、3K、 6K、 12K、 24K被称为小丝束碳纤维， 48K以上的都被称为大丝束碳纤维。大丝束价格仅为小丝束的一半，但产品不稳定，性能方差较大，适用于成本敏感的应用场景（风电等）。

图表46 东丽化学强度标准

资料来源：东丽化学官网，海通国际

在全产业链中，原丝成为了至关重要的一个环节，原丝的质量决定了后续生产能否顺利进行。如原丝质量层次不齐，原丝结构越均匀、直径越小，其生产出的复合材料性能越高。而缺乏合格可靠的原丝这一重要原材料，后续步骤均无法展开。国产碳纤维也正由于这一环节的瓶颈所在，导致难以自主独立。大部分高等级原丝制成产品都依靠日本东丽公司高价进口。

图表47 碳纤维产业链

资料来源：东丽化学官网，海通国际

美国赫氏与氰特公司、日本东丽公司与三菱等多家国际企业在美国与日本本土开厂，二者垄断了世界上近40%的产量，且都为高利润的高等级产品，头部集中十分明显。

图表48 2020年各国碳纤维产量

资料来源：前瞻产业研究院，海通国际

国内碳纤维市场头部效应十分明显，前几家占据了绝大部分产量，但后进者的步伐紧随其后。

同时，根据上海石化官网，中国石化所属上海石化近日全资注册成立上海金山石化碳纤维有限责任公司。该公司是以碳纤维技术攻关和产业化为主攻目标，主要从事碳纤维新材料、下游复合材料等的合作研发和生产。试制出了48K大丝束碳纤维。目标是建成年产量2.4万吨原丝，1.2万吨碳纤维的48k大丝束碳纤维工厂。若建成，将一举成为国内第二大碳纤维生产商。

图表49 2020年国内前几大碳纤维厂商原丝及碳纤维产量（吨）

资料来源：赛奥碳纤维，海通国际

图表50 碳梁示意图

资料来源：海通国际

在客机方面，波音787客机有50%的材料使用碳纤维复合材料。这一数字在之前的主流机型波音777中为11%。同时，在国内的C919目前使用碳纤维比例为15%。以一台C919重42.2吨，其中需要用到6.33吨每架碳纤维。如果提升至国际先进的50%使用量，考虑到重量减轻的因素，也将有约20吨左右每架的碳纤维。根据C919中期150架每年的产量，在未来，仅国产民用航空就需要近3000吨每年的高端碳纤维。

图表51 2020年国内前几大碳纤维厂商营收

资料来源：吉林化纤，光威复材，吉林碳谷，中简科技2020年度报告，海通国际

图表52 高温合金分类

资料来源：Machining of Stainless Steels and Super Alloys: Traditional and Nontraditional Techniques，海通国际

高温合金行业的上游涉及有色金属矿山企业及专门制造真空感应熔炼炉、保护气氛电渣炉等高温合金生产加工设备的企业；下游主要涉及航空航天产业，但由于高温合金优良的耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等性能，其应用范围已逐步扩展到电力、汽车、冶金、玻璃制造、原子能等工业领域。

高温合金产业链可进一步细分为三个环节：（1）高温母合金的制备。经过熔炼后，高温合金母合金作为基础材料可用于制造精铸件，加工制造变形高温合金或新型高温合金；（2）精铸件、板材、棒材等半成品的加工。高温合金零件主要是“按需制作”，因此需要根据零件的使用目的，设计并制造出近终形或无余量的具有复杂结构和形状的高温合金铸件；（3）涡轮盘、燃烧室、压气机等产品的生产。部分企业（如钢研高纳等）会将高温合金铸件进一步加工为发动机内部重要部件，以满足客户的订制需求，扩大企业产品类别。

图表53 高温合金产业链

资料来源：海通国际

图表54 高温合金制作工艺路线

资料来源：抚顺特钢官网，海通国际

根据Roskill的统计，高温合金主要应用于发动机领域，包括航空发动机、航天火箭发动机和各种工业用燃气涡轮发动机；具体而言，高温合金在航空航天领域的应用占比高达55%，其次是在电力领域，应用占比达到20%，机械和工业则分别占有10%和7%的下游应用，剩下的8%则由汽车、石油化工和其他所组成。

从需求量的绝对数字来看，2013年我国高温合金需求量就达到了18100吨，在2019年需求量更是增加约1.7倍，超过了48000吨；在这期间我国高温合金需求量的年复合增长率高达17.74%，预计2020年该需求量将有望触及53000吨，远超之前所预测的国产高温合金供给量，国内高温合金市场的供需缺口将会进一步拉大。

在市场规模方面，随着国产航空发动机的进步，近年来国内高温合金行业发展迅猛，根据中国特钢协会等机构公开的数据，2015年-2019年我国高温合金市场规模以21.66%的年复合增长率快速扩张，在2019年时市场规模达到了169.8亿元，同比增加33.5%。

未来，随着军用飞机数量增加、发动机维护以及发动机国产替代工作的推进，燃气轮机领域国产替代进程不断加速，天然气管网大规模建设以及燃气发电项目持续增长，国内汽车产量的提升以及国内涡轮增压车型占比持续提升，以及航天、核电、石化冶金等领域的不断发展，高温合金的需求和市场规模也将不断增长。

因此，受下游需求的拉动，据前瞻产业研究院预测，我国高温合金行业的市场规模将快速增加，预计到2026年我国高温合金市场规模将增长到342亿元。

图表59 2015-2026E中国高温合金市场规模及变化趋势

资料来源：中国特钢企业协会，中国金属学会高温材料分会，前瞻产业研究院，海通国际

（1）高温合金的重要地位

随着航空航天技术和工业的不断发展，航空航天材料也实现了更为全面的扩展与完善；但最为重要的是，许多航空航天零件需要在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀等极端条件下工作，有的受到重量和容纳空间的限制，需要以最小的体积和质量发挥在通常情况下等效的功能，有的则需要在大气层中或外层空间长期运行，不可能停机检查或更换零件，因而就要求航空航天零件所对应的原材料要有极高的可靠性和质量保证。

高温合金就是航空航天材料中的重要成员，是制造航空航天发动机的重要材料，因为航空发动机的性能水平在很大程度上取决于高温合金材料的性能水平。

高温合金是制造航空航天发动机热端部件的关键材料，在先进的航空发动机中，高温合金用量占发动机总重量的 40%－60%以上，主要用于燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘这四大热端部件，此外还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。

图表60 先进航空发动机中高温合金的主要应用

资料来源：图南股份招股说明书，海通国际

（2）军用航空发动机

根据《World Air Forces》的统计，2018年、2019年、2020年我国的军机数量分别为3187架、3210架和3260架，年复合增长率为1.14%，增量主要在于特种任务飞机和运输机。对比美国现役的军机总量而言，我国现役军机的绝对数量仅为其1/3不到，在数量方面不及美国的同时也存在着现役机型较为老旧等问题。

军用航空发动机对于高温合金的需求来自于两大部分：

发动机增量：我国 2020年军用飞机数量相比 2011 年增加662架，计算可得每年新增军机约70架。同时，我们预计未来军机市场有望进一步快速发展，预测2025年我国新生产军机数量为200架/年。基于新增军用飞机平均配备3台发动机的基本假设（战斗机为双发，且每机配备一个备用发动机），2025年新增的发动机数量为600台。

发动机维修替换：军机发动机工作寿命正常 400-500小时，假设军机发动机平均更换周期约为一年。预计到2025年，现有存量军机约3500架，同时基于每架军机需更换1.5台发动机的假定，我们预计2025年我国的存量军机发动机替换需求量将达到5250台。

根据现有数据，粗略假定每台军用航空发动机的质量为1.5吨，其中高温合金的质量占比为50%，并且在制作过程中高温合金的成材率为10%，则每台航空发动机对应的高温合金用量约为7.5吨。据此，我们预测2025年，军用航空发动机对于高温合金的需求量将突破4.3万吨。按照30万元/吨的价格来推算，2025年高温合金在军用发动机细分市场的规模将有望达到130亿元。

（3）民用航空发动机

除军用外，民用航空发动机也是高温合金的一个重要下游应用领域。据中国商飞预测，未来二十年中国航空市场将接收50座级以上客机9084架，其中50座级以上涡扇支线客机953架，120座级以上单通道喷气客机6295架，250座级以上双通道喷气客机1836架；到2040年，中国的机队规模将达到9957架，占全球客机机队比例22%，成为全球最大的单一航空市场。

根据《民航行业发展统计公报》，2020年我国民航全行业运输飞机期末在册架数3903架，按照中国商飞的预测，未来二十年我国民航飞机数将按照6.2%的年复合增长率逐步增加，因此预计2025年，民用飞机的增量将达到307架。

同时，粗略假定每台民用航空发动机的质量为5吨，其中高温合金的质量占到50%左右，全流程中高温合金的成材率为10%，则每台民用航空发动机将会用到约25吨的高温合金。同时，假设所有新增民航飞机均为双发，我们预测2025年，民用航空发动机对于高温合金的需求量将达到15350吨。

高温合金行业的发展需要依托强大的生产和研发技术，同时该行业无论军品和民品均涉及到产品认证问题——周期长、审核严，这样的高技术、高资质要求自然就为该行业构筑了天然的进入壁垒，国内外能够形成较为完善产业链的国家也仅有美国、英国、德国、法国、俄罗斯和日本等少数国家，从事高温合金的企业全球范围内也仅有50家左右。目前，美国，俄罗斯等欧美国家是世界主要高温合金研发及生产代表，根据恒州博智统计，全球主要厂商有Precision Castparts Corporation(美国)，ATI（美国），Carpenter（美国）等，全球前三大厂商共占约40%市场份额，逐渐形成了美日俄企业垄断的市场结构。

图表63 国外主要高温合金企业

资料来源：前瞻经济学人，海通国际

公司是东北特钢集团旗下最重要的生产基地之一，是中国不可替代的国防军工、航空航天等高科技领域使用特殊钢材料的生产研发基地。公司以特殊钢和合金材料的研发制造为主营业务，主要产品为合金结构钢、工模具钢、不锈钢和高温合金。公司产品广泛应用于机械、汽车、军工、化工、家电、船舶、交通、铁路以及新兴产业等国民经济大部分行业。抚顺特钢2021年上半年高温合金产量为0.31万吨，较上年同期增长3.33%，平均售价为213584.14元/吨。

截止2021年6月中报，抚顺特钢负债率44.33%，偿债能力一般；销售净利润率11.44%，较2020年增长30.15%；ROE为4.8%，较2020年增长63.16%，盈利能力持续增长。公司在大力投入研发资金，2021年上半年公司研发支出共计1.39亿元，专注于航空航天，机械，核能，汽车等行业高端合金及特殊钢新材料研发及国产化替代。公司经过一系列提升产能和产品质量的生产项目和技术改造项目，不断提升产能，有望继续巩固中高端产品市场主要地位。

公司是国内航空航天用高温合金重要的生产基地，国内电力工业用高温合金的重要供应商，从事航空航天材料中高温合金材料的研发、生产和销售。公司目前是国内高端和新型高温合金制品生产规模最大的企业之一，拥有年生产超千吨航空航天用高温合金母合金的能力以及航天发动机用精铸件的能力，在变形高温合金盘锻件和汽轮机叶片防护片等方面具有先进的生产技术，具有制造先进航空发动机亟需的粉末高温合金和ODS合金的生产技术和能力。

截止2021年6月中报，抚顺特钢负债率34.59%，偿债能力一般；销售净利润率27.32%，较2020年增长54.79%；ROE为4.58%，较2020年增长37.13%，较同行业平均水平低2.29%，盈利能力持续增长。公司在高温合金行业拥有行业地位优势，公司共研制各类高温合金120余种。其中变形高温合金和粉末高温合金均占全国该类型合金80%以上。同时，公司在铸造合金，变形合金，新型合金和石油化工领域都拥有领先技术，并不断更新优化制造技术，不断创新，发展潜力巨大。

公司是“国家火炬计划重点高新技术企业”、“江苏省高新技术企业”，专业从事高温合金、耐蚀合金、好、精密合金等待特种合金及其制品的研发与生产。从收入结构看，公司产品主要包括铸造高温合金制品、变形高温合金制品、特种不锈钢三大类。截止2021年6月中报，图南股份负债率4.51%，偿债能力较好；销售净利润率26.82%，较2020年增长16.91%；ROE为4.79%，较2020年增长59.7%，盈利能力持续增长。

截至2020年末，公司募集资金投资项目“年产1,000吨超纯净高性能高温合金材料建设项目”投资进度为8.93%，“年产3,300件复杂薄壁高温合金结构件建设项目”投资进度为1.50%，“企业研发中心建设项目”投资进度为7.43%。2021年，公司将进一步加强组织力量，加快推进各类设备的安装调试和项目建设总体进度。

第二代半导体材料砷化镓是一种非常重要的Ⅲ－Ⅴ族化合物，与硅相比禁带宽（1.42ev）、电子迁移率高（约为硅材料的6倍多），且具有耐高温、抗辐射、直接带隙、消耗功率低等优点，应用在超高频、超高速、高温及抗辐射等微电子和光电子器件上时有独特的优势。

砷化镓分为半绝缘砷化镓和半导体砷化镓。半绝缘砷化镓单晶可用于制作MESFET、HEMT和HBT结构的电路，终端用途主要为无线通信（以手机为代表）、雷达、微波及毫米波通讯等；半导体砷化镓单晶主要应用于发光二极管、激光器、太阳能电池等器件中。

砷化镓生产工序繁多。产业链上游可以分为基板制造和磊晶圆两个步骤；中游可以分为IC设计，晶圆制造/代工，IC封装和   IC测试四个步骤；下游则主要应用于无线通信、雷达和太阳能电池方面。

图表66 砷化镓产业链

资料来源：前瞻经济学人，海通国际

镓通常以副产物的形式存在于铝土矿或锌矿石中，主要从炼锌废渣和炼铝废渣中回收提取。对提取的粗镓进行电解精炼可以得到砷化镓的主要原材料—高纯镓。高纯镓通过液态密封法可以制成砷化镓。

镓由于熔点很低、沸点很高、良好的超导性、延展性以及优良的热缩冷胀性能而被广泛应用到半导体、太阳能、合金、化工等领域。

图表67 砷化镓产业链

资料来源：前瞻经济学人，海通国际

中国几乎控制全球的镓供给，2019年产量占全球产量约96%。根据USGS数据，2017-2019年中国产量占比始终维持在95%以上，2019年中国和全球产量分别达到338吨和351吨。

2020年全球粗镓产量300吨，精镓产量220吨。根据USGS数据，2020年粗镓产量300吨，2004-2020年复合年均增长率达10%；2020年精镓产量220吨，2004-2020年复合年均增长率达6%。

镓初级消费结构主要包括砷化镓、氮化镓、氧化镓等。根据文献《全球镓资源现状及供需形势》，2019年我国镓消费按材料分，砷化镓占41%，氮化镓占22%，氧化镓荧光粉占11%，永磁材料占23%，其他占3%。

全球镓需求量呈现逐年上升趋势。根据安泰科及USGS数据，全球镓消费量从2005年的180吨上升到2019年的536吨，复合年均增长率达到8%。

单晶生长：目前工业化单晶生长工艺包括：HB法，LEC法，VB/VGF法。根据文献《砷化镓材料技术发展及需求》，HB砷化镓多晶合成和单晶生长可以同时完成，生长温度梯度小、位错小、应力小，其缺点为不易生长半绝缘坤化镓单晶材料；LEC法生长过程可见，成晶情况可控，可生长大尺寸、长单晶，其缺点是晶体温度梯度大、位错密度高、应力高、晶体等径控制差；VB/VGF法生长出的单晶位错密度和残留应力比LEC法低，晶体等径好，适合规模生产，其缺点在于容易产生双晶、线性缺陷和花晶，过于依赖生长系统重复性和稳定性。目前VB/VGF生长法已经成为大直径砷化镓单晶生长技术的主流。

图表72 单晶生长工艺对比

资料来源：《砷化镓材料技术发展及需求》，海通国际

半绝缘型砷化镓：核心技术被寡头企业掌握。目前形成商业化的6 英寸半绝缘型砷化镓的抛光片，技术和工艺还是掌握在Freiberger、住友电工和AXT三个国外公司手中。根据中国产业信息网援引Strategy Analytics数据，这三家公司占据了单晶生长90%以上的市场。

半导体型砷化镓：处于全球竞争阶段，国内厂商也有参与，主要以生产LED用半导体型衬底为主。国内生产砷化镓衬底的公司主要有云南锗业、大庆佳昌、中科晶电、有研光电、广东先导等。这些公司主要生产 2-6 英寸的导电型砷化镓衬底，用于 LED 居多。

磊晶圆/外延成片：指一种用于半导体器件制造过程中，在原有芯片上长出新结晶以制成新半导体层的技术。目前工业上一般采用化学气相沉积法和分子束磊晶法制作。根据前瞻经济学人，目前砷化镓磊晶圆主要厂商有IQE，VPEC，SCIOCS和Sumika等。

图表73 上游产业链主要厂商

资料来源：前瞻经济学人，海通国际

IC设计：该步骤涉及对电子器件、器件间互连线模型的创建。所有的器件和互连线都需安置在一块半导体衬底材料之上，这些组件通过半导体器件制造工艺安置在单一的硅衬底上，从而形成电路。

晶圆制造：该步骤主要指通过物理化学的方法，激活砷化镓单晶片表面粒子，以构建出芯片表面各类器件，形成电路，实现各种电性能。砷化镓晶圆直径从最早的3英寸、4英寸到目前的6英寸，晶圆的直径决定了其面积的大小，以及可产出的芯片数量，对加工和制造的难度也随之增加。

图表74 砷化镓中游产业链具体情况

资料来源：《砷化镓GaAs氮化镓GaN材料的发展趋势与市场应用》，海通国际

IC封装：该步骤主要采用薄膜技术或微连接技术将半导体芯片连接到导体框架或基板的导体部分，使用连接线引出引脚，再用塑料或陶瓷等绝缘介质封闭和固定。目的是连接电路、给予电路物理保护和支持、标准化外观规格、缓冲外力、导热和外部场隔离等。

IC测试：该步骤是将塑封完成的芯片放置于特定环境中测试其电性能，通过筛选的方式将符合参数指标的芯片挑选出来。集成电路测试的关键制程工序为：射频测试、直流测试、编带、打印包装、包装检验等5项。

垂直加工模式：由于砷化镓制造受到巨额的研发和设备投入以及行业整体规模较小等因素的影响，砷化镓中游产业链出现垂直分工的经营模式。根据Strategy Analytics，垂直加工模式的中游产业链呈现寡头垄断的格局，加工厂商集中于中国台湾，此外产业链的CR2占比均大于50%，其中稳懋在晶圆制造方面的市场占比高达71.1%。

IDM模式：集IC设计，晶圆制造，IC封装和IC测试于一体，完成砷化镓制造的全部流程。Skyworks，Qorvo和Broadcom是典型的IDM厂商。

图表75 砷化镓中游竞争格局

资料来源：前瞻经济学人，海通国际

砷化镓的下游需求主要包括：射频、光电子、LED、显示器和光伏行业。根据YOLE预测，砷化镓市场规模将从2019年的2亿美元上升至3.48亿美元，其中目前的主流需求（射频和LED）保持稳定增长，显示屏领域和光电子领域则异军突起，复合年均增长率分别达到19%和17%。

图表76 砷化镓市场规模

资料来源：Yole，海通国际

根据Yole预测，砷化镓在射频领域产值将由2019年的7300万美元上升至2025年的9800万美元，复合年均增长率达到5%。

砷化镓晶圆主要应用于射频中的功率放大器，即射频PA。射频PA是能够向天线提供足够信号功率的放大电路，是无线通信设备射频前端最核心的组成部分。其可以应用在所有需要放大射频信号的领域，如卫星通信、遥感、雷达、通信基站、手机终端、物联网终端等。

目前功率放大器中最主要的需求是手机PA和手机WiFiPA，分别占比59%和14%。根据Yole，2019年手机PA，手机WiFiPA，路由器PA，基站和汽车雷达分别消耗砷化镓晶圆（6寸）44.0万片，10.6万片，8.5万片，3.5万片和0.6万片。

5G手机中PA数量将达到16颗，4G手机仅消耗7颗。随着移动通信技术不断进步，智能手机对射频功率放大器的数量需求不断上升。根据中国电子报相关文章，射频前端器件使用数量将明显提升，如功率放大器 （PA） 使用量，由 3G 时代的 2 颗、4G 的 5 颗～7 颗，提升至 5G 时代的 16颗。随着向5G的过渡，砷化镓在高端低于6Hz的手机中的普及率更高。

根据Yole预测，2025年最主要的需求仍是手机PA和手机WiFiPA，基站和路由器PA需求增长迅速，雷达将逐渐减少砷化镓晶圆用量。2025年手机PA和手机WiFiPA将消耗砷化镓晶圆（6寸）54.2万片和18.0万片，复合年均增长率为3.55%和9.17%；基站和路由器PA用量将达到5.3万片和11.3万片，复合年均增速为7.34%和4.88%；雷达领域将逐渐舍弃砷化镓晶圆，至2025年砷化镓用量为859片。

图表77 2019-2025E射频领域砷化镓晶圆消耗量

资料来源：Yole，海通国际

根据Yole预测，砷化镓在LED领域产值将由2019年的6800万美元上升至2025年的9600万美元，复合年均增长率达到6%。

LED被广泛应用于车用照明。除了使用寿命长、高能效，以及控制光源的能力，LED照明还由于具有高亮度，能让汽车驾驶更安全，因而明显在汽车业中取得进展。LED灯可以安装或整合在整个车辆四周，包括车头、车尾、侧面甚至顶部。此外，LED照明技术在汽车自动驾驶领域（ADAS）至关重要，能够在整合本地摄影机、雷达和光达（LiDAR）等传感器时发挥重要作用。

图表78 手动驾驶与先进辅助驾驶系统对比

资料来源：Yole，海通国际

IR LED是专用发光二极体，并可以发出700nm至1mm范围的电磁辐射，被广泛用于信号传输系统，目前的发展重心也在汽车领域上。850nm IR LED用于行人保护、车道辨识、停机坪检测和夜视等户外应用，而940nm IR LED适用于包括手势辨识，座椅占用和驾驶员监控在内的室内车辆应用。

根据Yole预测，砷化镓在LED显示领域产值将由2019年的3200万美元上升至2025年的9000万美元，复合年均增长率达到19%。

高端LED显示技术有MiniLED和MicroLED。目前MiniLED已经得到规模商业化，而MacroLED技术还存在一定障碍，尚未规模商业化。

MiniLED属于MicroLED的过渡。MiniLED并不是全新的屏幕材质，而是针对液晶层背光进行升级的一种屏幕背光技术，即将背光中的 LED 灯 Mini 化。Mini-LED 是介于传统 LED 与 micro-LED 之间，简单来说是在传统 LED 背光基础上改良的一种背光技术。目前应用MiniLED的主流厂家是苹果。

图表79 搭载了MiniLED的苹果显示器

资料来源：Apple，海通国际

图表80 主流显示技术对比

资料来源：电子工程专辑，海通国际

MicroLED是显示屏领域的未来，目前尚未规模商业化。MicroLED是 LED 微缩化和矩阵化技术，该技术将 LED 背光源进行薄膜化、微小化、阵列化，具有自发光无需背光源的特性（采用半导体作为发光材料，相比 OLED 的有机材料使用寿命更长）。与 LCD、OLED 相比， micro-LED 在亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面都具有明显的优势。

根据LEDinside，micro-LED 技术依然不够成熟，主要的挑战集中在关键技术的突破与量产成本的降低。

根据Yole预测，砷化镓在光子器件领域产值将由2019年的2400万美元上升至2025年的6100万美元，复合年均增长率达到17%。光子器件中主要应用领域有3D传感，LiDAR，以及AR/VR等。根据Yole数据，光子器件的下游产值将从2020年的80亿美元上升至233亿美元，其中3D传感是最大的应用领域。

图表81 光子器件下游产值预测

资料来源：Yole，海通国际

新材料行业，需要投入大量的研发费用。因此，耗时、经费开支大是经营研发遇到的一个风险点。此外，科技行业离不开摩尔定律，其他新工艺的替代也是另一种经营风险。