撰文 / 錢亞光

編輯 / 張 南

設(shè)計 / 師 超

在前不久的特斯拉投資者大會上，馬斯克號稱下一代永磁電機技術(shù)將完全不使用稀土材料，且不損失能效。

特斯拉提到，在2017年至2022年期間，由于提高了傳動系統(tǒng)的效率，他們已成功地將新Model 3驅(qū)動模塊的稀土使用量減少了25％。據(jù)悉，在特斯拉現(xiàn)行使用的電機中，三種稀土元素分別使用了500g、10g和10g。業(yè)內(nèi)猜測，特斯拉展示的三個稀土元素中，第一個元素可能是釹，另外兩個是鏑和鋱。

據(jù)特斯拉透露，下一代電機將三種稀土元素的用量都降至0g。此消息公布后，A股稀土板塊開盤遭下跌，指數(shù)跌幅超過5%。

但就目前汽車業(yè)的認知，稀土材料在感應(yīng)電機上不需要，在永磁同步電機上是不可缺少的，距離真正擺脫稀土永磁材料，還有一段很長的路要走。

稀土不是土

稀土雖然來自于土，但不是土，而是化學元素周期表中鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、钷（Pm）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）、镥（Lu）、釔（Y）和鈧（Sc）等17種稀有金屬元素的總稱。

稀土被譽為“工業(yè)的維生素”，具有無法取代的優(yōu)異磁、光、電性能，對改善產(chǎn)品性能，增加產(chǎn)品品種，提高生產(chǎn)效率起到了巨大的作用。

其中，鑭用于合金材料和農(nóng)用薄膜；鈰大量應(yīng)用于汽車玻璃和尾氣凈化催化劑中；鐠廣泛應(yīng)用于玻璃、陶瓷和磁性材料中；釹作為永磁材料廣泛用于航天、電子、機械等行業(yè)；钷為衛(wèi)星提供輔助能量；釤應(yīng)用于原子能反應(yīng)堆；銪用于制造熒光劑、鏡片和液晶顯示屏等；釓用于醫(yī)療核磁共振成像；鋱用于磁光存儲、磁光玻璃；鉺可用于激光器，鏑可用于釹鐵硼系永磁體的添加劑以及電影、印刷等照明光源；鈥用于制作醫(yī)療激光器及光通訊器件；銩用于X光機射線源，進行臨床診斷和治療腫瘤；鐿可用于熱屏蔽涂層材料、磁致伸縮材料及電腦記憶元件添加劑；镥可作石油裂化、烷基化、氫化和聚合反應(yīng)的催化劑；還可用于能源電池技術(shù)，釔可作為鋼鐵及有色合金的添加劑，用于制造電線和飛機受力構(gòu)件；鈧是強還原劑，常用于制造合金，改善合金的強度、硬度和耐熱和性能。

據(jù)工業(yè)和信息化部介紹，目前稀土永磁、發(fā)光、儲氫、催化等功能材料已是先進裝備制造業(yè)、新能源、新興產(chǎn)業(yè)等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可缺少的原材料，還廣泛應(yīng)用于電子、石油化工、冶金、機械、新能源、輕工、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)等。

稀土在新能源汽車領(lǐng)域的運用，主要有稀土永磁電動機、稀土動力電池、三元催化器中的催化劑及氧傳感器中的陶瓷材料等。其中用于電機中的釹鐵硼永磁材料，磁能極高，被稱作當代“永磁之王”。

稀土永磁電機依靠定子上的線圈和轉(zhuǎn)子上的永磁材料之間的引力和斥力，帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)的前進和后退。這種電機有著結(jié)構(gòu)簡單，形狀和尺寸設(shè)計靈活，且具備運行可靠、體積小、質(zhì)量輕、損耗小、效率高等顯著優(yōu)勢，而且該電機的在新能源汽車領(lǐng)域中受到高度重視。

稀土材料對電機性能的改善，還包括提高電機的動磁性，使電機工作更為穩(wěn)定，同時減少運行時的磁性損失，提高電機的效率；改善電機的耐熱性，使電機在高溫的條件下仍能正常工作；使電機更耐磨，耐用，減少電機失效率，提高電機的使用壽命；阻礙噪聲傳播的作用，降低電機的噪聲，以改善車內(nèi)NVH提升乘坐體驗等。

可以說，稀土在永磁電機中起著至關(guān)重要的作用，而永磁電機很大程度上影響了汽車的性能和效率。從綜合性能來說，永磁同步電機也是最具優(yōu)勢的電機方案。數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)永磁同步電機的裝機量高達94%。

新能源汽車中另外一種常見的電機是感應(yīng)異步電機，其利用電磁感應(yīng)原理通過定子的三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，并與轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，以進行能量轉(zhuǎn)換帶動電機運作。

相比于永磁電機，雖然感應(yīng)電機不需要用到稀土材料，具有價格低廉的優(yōu)點，但其功率和扭矩更低，體積也更大。

為何放棄稀土電機

至于特斯拉為何要堅定不含稀土電機路線，一是要擺脫對稀土永磁材料的依賴，減少對稀土市場波動和供應(yīng)鏈風險的影響。由于稀土材料價格受到市場供求、政策調(diào)控、環(huán)境因素等多重因素的影響，波動性較大。

特別是在近年來中美貿(mào)易摩擦加劇的背景下，對于依賴中國進口稀土材料的特斯拉等汽車制造商來說，無疑是一個巨大的威脅和挑戰(zhàn)。

二是目前稀土價格偏高，擺脫稀土，是出于降低汽車的成本和價格考慮特斯拉還計劃通過自建工廠生產(chǎn)無稀土永磁電機，可以節(jié)省稀土材料采購、運輸、加工等環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的成本。

三是永磁電機不依賴稀土技術(shù)雖不成熟，但已經(jīng)具備技術(shù)路徑，包括鐵氧體電機、開關(guān)磁阻電機、EESM-電勵磁同步電機等。此外，可替代的非稀土永磁材料有鋁鎳鈷（AlNiCo）、鐵氧體等，也已經(jīng)進入商業(yè)化應(yīng)用。

據(jù)悉，特斯拉下一代電機計劃使用銅線圈來替代稀土永磁體，來實現(xiàn)無稀土的永磁轉(zhuǎn)子。這種新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以降低成本、減少重量，并且更容易回收利用。目前，特斯拉還沒有公布其無稀土永磁電機的具體技術(shù)細節(jié)和實驗數(shù)據(jù)，其可行性和可靠性還有待驗證。

此外，特斯拉還需要克服一些技術(shù)難點，比如如何解決銅線圈的穩(wěn)定性、耐久性和散熱性，如何優(yōu)化電機控制策略等。

除計劃使用無稀土永磁電機外，特斯拉還采取了優(yōu)化汽車設(shè)計和配置、尋找替代材料和供應(yīng)商、回收利用廢棄汽車中的稀土材料等方式來減少對稀土的依賴。

例如，特斯拉在其Model3和ModelY等車型上，使用了前后兩個不同類型的電動機：前輪驅(qū)動由交流感應(yīng)（ACI）電動機提供，后輪驅(qū)動由永磁同步（PMSM）電動機提供。這種混合驅(qū)動方式可以兼顧性能和效率，并且可以減少對稀土材料的用量。

特斯拉在其ModelS和ModelX等車型上使用的鎳鈷鋁（NCA）電池，而不是使用含有稀土元素的鎳鈷錳（NCM）電池。此外，特斯拉還在尋找其他稀土材料供應(yīng)商，以降低對中國進口稀土材料的依賴程度。

特斯拉還通過回收利用廢舊電池中的稀土元素，如廢舊電池送到指定工廠進行拆解和分離，提取出稀土元素和其他金屬元素，再用于制造新的電池或其他產(chǎn)品，以節(jié)約資源、降低成本、減少環(huán)境污染。

除了特斯拉，中國、日本和歐洲的科技機構(gòu)、公司和車企也在嘗試開發(fā)非稀土或少用稀土的永磁同步電機。

40年前，日本的松下電器申請了關(guān)于MnAl基永磁合金之無稀土永磁材料的專利，從而成為全球最早研發(fā)無稀土永磁材料的國家之一。

之后，日本的日立麥克斯韋公司也開始研究MnBi基永磁材料。盡管在2000年以前，少數(shù)幾家日本企業(yè)對MnAl基永磁材料和MnBi基永磁材料進行了研發(fā)和專利申請，但是之后的十年幾乎沒有任何“無稀土永磁體”領(lǐng)域的專利活動。

直到2010年，中國開始投入無稀土永磁體的專利布局。在MnAl基、MnBi基及鐵氧體等無稀土永磁材料領(lǐng)域，中國幾乎與日本同步開始了布局，且在2011年底率先布局了無稀土鐵氧體永磁材料專利。

近十年來，各國都在該技術(shù)領(lǐng)域進行了密集的研發(fā)，創(chuàng)造了專利申請的高峰，而無稀土永磁材料的成分組成也成為了兵家必爭之地。

2011年，豐田在旗下小型混合動力汽車上搭載了不含“重稀土元素”的永磁電機；2018年，豐田宣稱將進一步研發(fā)出含有更少釹元素、但鑭和鈰含量更高的電機；2022年，本田與日本大同鋼鐵(Daido Steel)公司聯(lián)合開發(fā)了全球首款沒有使用任何重稀土金屬的電機。

大眾也被曝光使用稀土含量更低、只含鋱和鏑兩種稀土元素的電機。2023年3月，日產(chǎn)也發(fā)布下一代電驅(qū)系統(tǒng)，同樣采用SiC技術(shù)以及“無稀土”電機，電驅(qū)生產(chǎn)成本降低30%。

寶馬和大陸集團聯(lián)手投資了驅(qū)動電機供應(yīng)商DeepDrive，這家企業(yè)開發(fā)了一種徑向磁通雙轉(zhuǎn)子電機，括電力電子設(shè)備，可以作為中央或輪轂電機安裝在量產(chǎn)車輛中。其電機中磁鐵材料減少50%，鐵用量減少80%，并且不含重稀土元素。

今年2月，日本電機巨頭電產(chǎn)也宣布，最快于今年秋天投放不使用重稀土類的產(chǎn)品。電產(chǎn)稱，其部分客戶考慮到業(yè)務(wù)和環(huán)保，對不使用稀土的產(chǎn)品期待高漲。

另外，戴姆勒、奧迪、馬勒等都在研發(fā)含有少量甚至不含稀土元素的電機。

車企執(zhí)著于“去稀土”，主要還是出于成本的考慮。公開資料顯示，永磁同步電機中，稀土永磁體占到整個電機原材料成本的50%左右，每臺新能源汽車的驅(qū)動電機一般需要2-3.5kg的高性能釹鐵硼永磁材料。

當看到稀土價格高企，承受成本壓力的車企自然要去尋求更便宜的替代方案。無稀土永磁材料具有成本低、資源豐富、環(huán)保等優(yōu)勢，因此在技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面具有廣闊的前景。

從目前情況來看，新技術(shù)尚未廣泛應(yīng)用，無稀土永磁材料的性能和穩(wěn)定性仍然存在一些問題，需要進一步加強研究和開發(fā)，不含稀土的永磁電機也并未實現(xiàn)商業(yè)化推廣，當下永磁電機的“稀土依賴”仍然嚴重。

比如“氧化釹”價格，從2021年初的51.05萬元/噸萬元/噸上漲到了2023年底的77萬元/噸，最緊俏的時候噸價一度突破百萬元。

對稀土產(chǎn)業(yè)有何影響

永磁電機目前是稀土下游最大的應(yīng)用領(lǐng)域，而永磁電機下游需求最大的風電領(lǐng)域，占比約20%，其次就是新能源汽車，占比約為15%。

特斯拉作為全球最大的新能源汽車制造商，其對稀土材料的需求量也非常巨大。如果特斯拉能夠?qū)崿F(xiàn)無稀土永磁電機的目標，并推廣到其所有車型上，肯定會對中國稀土產(chǎn)業(yè)造成一定的挑戰(zhàn)，因為中國的稀土出口量中有相當一部分是用于制造永磁電機的。

如果特斯拉能夠成功實現(xiàn)無稀土永磁電機，并且這種電機在性能、成本和可靠性方面都能達到甚至超過傳統(tǒng)永磁電機的水平，那么其他汽車制造商也可能會效仿特斯拉，紛紛推出無稀土永磁電機，也將導(dǎo)致全球?qū)ο⊥敛牧系男枨罅砍霈F(xiàn)下降趨勢，從而影響到全球稀土市場的供需關(guān)系和價格走勢。

然而，這種影響并不會很大或很長久。雖然永磁電機是稀土材料的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，但并不是唯一或最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，在航天、機械、電子、激光、陶瓷、合金制造、催化劑等眾多領(lǐng)域，仍然有著旺盛且持續(xù)增長的需求。

根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）公布數(shù)據(jù)顯示，從全球儲量來看，2022年全球稀土資源總儲量約為1.30億噸，中國儲量為4400萬噸（占比35.01%），越南儲量為2200萬噸（占比17.50%），巴西儲量為2100萬噸（占比16.71%），俄羅斯儲量為2100萬噸（占比16.71%），四國總計占全球儲量的85.93%，其余國家占比14.07%。

從全球產(chǎn)量來看，2022年全球稀土礦產(chǎn)量為30萬噸，其中，中國產(chǎn)量為21.0萬噸，占全球總產(chǎn)量的70%；美國稀土產(chǎn)量為4.3萬噸（占比14%），澳大利亞產(chǎn)量為1.8萬噸（占比6%），緬甸產(chǎn)量為1.2萬噸（占比4%）。

艾媒咨詢分析師認為，無論是從所擁有稀土資源還是產(chǎn)量來看，我國都處于世界領(lǐng)先地位，相關(guān)產(chǎn)業(yè)具有重要的戰(zhàn)略意義。隨著雙碳目標和“清潔能源”等環(huán)保理念得到國家政策支持，預(yù)計稀土材料的需求會大幅提升。

中國既是稀土供給大國，也是需求大國。中國的稀土供應(yīng)自主可控，并在開采、冶煉、加工、應(yīng)用等全產(chǎn)業(yè)鏈均有布局，形成了一個完整而成熟的產(chǎn)業(yè)鏈。從上游礦產(chǎn)開采，到中游的稀土材料深加工，再到下游的終端應(yīng)用領(lǐng)域，其產(chǎn)品種類和質(zhì)量都有著較高的水平和競爭力。

數(shù)據(jù)顯示，2022年，我國稀土永磁累計注冊企業(yè)為1964家。對于近期特斯拉“擺脫”稀土計劃，多家A股稀土行業(yè)上市公司紛紛表示，稀土需求不會發(fā)生太大變動，稀土行業(yè)未來發(fā)展充滿希望。

中科三環(huán)公開表示，從目前來看，稀土永磁電機依然是新能源汽車驅(qū)動電機的最優(yōu)解。新能源汽車市場廣闊，單一廠商是否使用稀土永磁電機短期內(nèi)不會對整個行業(yè)產(chǎn)生根本性影響。任何一種永磁材料從研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，都有一段很長的路要走，目前還沒有發(fā)現(xiàn)性價比更高的永磁材料。

廣晟有色表示，目前行業(yè)最先進的晶界滲透技術(shù)僅可以減少鏑、鋱等中重稀土的添加量約50％-70％，特斯拉所謂的不使用稀土，并未說明其替代產(chǎn)品或者解決方案，同時行業(yè)內(nèi)也沒有其他可替代稀土的重大技術(shù)性突破。

金力永磁表示，釹鐵硼稀土永磁技術(shù)從上世紀80年代發(fā)明到現(xiàn)在將近40年，正處于大規(guī)模應(yīng)用而方興未艾的發(fā)展階段。目前，公司新能源汽車主要客戶的訂單規(guī)模未發(fā)生變化，公司經(jīng)營正常。

此外，北方稀土認為，雖然隨著科技的進步可以有替代的產(chǎn)品，但是目前并沒有什么東西可以替代。

中信證券研報分析認為，近十年稀土永磁下游應(yīng)用場景不斷打開，傳統(tǒng)需求如汽車、風電、變頻空調(diào)、消費電子等穩(wěn)健支撐，新興需求如新能源車、工業(yè)節(jié)能電機、工業(yè)機器人等蓬勃發(fā)展，未來人形機器人、永磁磁浮軌道技術(shù)等需求潛在增長點或持續(xù)涌現(xiàn)，在新興與傳統(tǒng)需求雙輪驅(qū)動下，稀土產(chǎn)業(yè)的長期成長性毋庸置疑。

本文由汽車商業(yè)評論原創(chuàng)出品

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