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今年3月份，特斯拉最先宣布下一代永磁電機將不再使用稀土材料。這之后的半年多里，業(yè)內(nèi)企業(yè)布局無稀土電機的腳步不斷加快。
例如，雷諾集團(tuán)正在設(shè)計不含稀土的第三代電機“E7A”，該電機尚處于原型樣品階段，預(yù)計2027年投入量產(chǎn)；通用汽車和Stellantis也正計劃開發(fā)新一代無稀土永磁電機；梅賽德斯下一代MMA EV平臺的目標(biāo)則是完全棄用重稀土。不僅如此，產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)亦在積極規(guī)劃產(chǎn)品路線。
日前，日本公司Proterial（原日立金屬）已試制出不含稀土元素釹的永磁電機，并計劃2035年前實現(xiàn)商用。采埃孚也開發(fā)出了一種零稀土無磁電機“2SM”。而前不久，英國一家初創(chuàng)公司Advanced Electric Machines籌集到了2300萬英鎊，后續(xù)將用于不含稀土和銅的車用電機的擴產(chǎn)。據(jù)稱，該電機支持100%回收利用。
越來越多的證據(jù)表明，跨國公司對無稀土電機的關(guān)注度日益提高?？蓡栴}是，“無稀土”會成為未來行業(yè)發(fā)展的主流趨勢嗎？在這個過程中，存在哪些機會，又有哪些挑戰(zhàn)？
無稀土電機“蓄謀已久”
無稀土電機，還得說回到特斯拉。
在揭曉“宏圖第三篇章”，也就是“2050年前全面轉(zhuǎn)向可持續(xù)能源”之際，特斯拉曾指出，隨著全球向清潔能源過渡，稀土的需求急劇增長，不僅在滿足下游需求方面生出挑戰(zhàn)，在上游開采環(huán)節(jié)也面臨環(huán)境和健康風(fēng)險。因此，公司下一代使用永磁電機的驅(qū)動單元，將不再使用稀土材料。
2017年，特斯拉正式轉(zhuǎn)向使用永磁同步電機，這也是Model3/Y驅(qū)動系統(tǒng)延續(xù)使用的搭載方案。截至目前，多數(shù)自主品牌都用上了永磁同步電機，部分品牌車型采用雙電機模式，即正常行駛狀態(tài)下啟用永磁同步電機，以達(dá)到延長續(xù)航的作用，而行駛至高速，交流感應(yīng)電機等可以作為動力輔助。
數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)市場大約9成的新能源汽車搭載了永磁同步電機。而一直以來，稀土元素都是永磁電機必不可少的原材料。
例如，釹鐵硼因具備高磁能積、高矯頑力、高磁飽和強度等特點，已成為新能源汽車領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的永磁體材料；釹和釔在電機線圈中的應(yīng)用也較為廣泛，可提高線圈的耐熱、耐腐蝕等性能。當(dāng)然，稀土材料并不只這幾種。
所以特斯拉的此番規(guī)劃——顛覆傳統(tǒng)永磁電機的制備方法，無異于一枚深水炸彈。
眼下，全球車企、Tier1爭相涌入無稀土電機賽道，但從已公布的量產(chǎn)或者商用時間來看，距離無稀土電機真正落地仍有相當(dāng)長的一段路程，其能否取代現(xiàn)有技術(shù)的地位，仍是個未知數(shù)。
降本+提效
“無稀土”之所以受到追捧，是因為不乏觀點認(rèn)為，相對稀土電機，無稀土電機可以做到成本更低且更高效。
早些時候，極氪電驅(qū)電機開發(fā)專家徐津就提到，永磁同步電機中重稀土（鋱、鏑等9個元素）的成本占比較高，永磁體的成本約占電機總成本的30%, 而重稀土材料的成本占永磁材料成本的30～50%。也就是說，僅重稀土就占到單電機成本的10%～15%。
同時也有業(yè)內(nèi)人士分析，電機磁鋼的成本與功率密切相關(guān)，以最大功率170千瓦，扭矩310牛米，轉(zhuǎn)速16000轉(zhuǎn)/分鐘的磁鋼來說，其成本大約是1000元的一個水平。
所以降低稀土使用量，或者以其他價格更低的材料進(jìn)行完全替代，成了行業(yè)降本的思路之一。
另外，在性能提升方面，前述雷諾的E7A基于800V高壓平臺，最大功率達(dá)到200千瓦，在電池容量相同的情況下可以延長續(xù)航里程，也能夠有效縮短電池充電時間。特斯拉方面也聲稱，自己的下一代電機將會更高效。
區(qū)別于傳統(tǒng)燃油車，新能源汽車主要有“三大件”——電池、電機和電控。除了將電能轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動電機還具有能量回收、控制車輛行駛方向和制動系統(tǒng)等功能。換句話說，電機的電能轉(zhuǎn)化效率越高，電能損耗就越低，一定程度上便可以延長續(xù)航里程。
不過，無稀土電機的磁鏈設(shè)計和電控軟件算法難度較大，需要極強的電機理解、控制器硬件開發(fā)和軟件算法能力。此外，最可行的方式——替換稀土永磁材料，也是研發(fā)的一大課題。
事實上，車企看上無稀土電機，不僅為降本和提效，更重要的一點，其實是為了規(guī)避稀土材料的壟斷風(fēng)險。
稀土：又一場保衛(wèi)戰(zhàn)
中國是稀土大國，儲量約占世界總儲量的3成。但以2022年為例，全球稀土產(chǎn)量約30萬噸，中國稀土產(chǎn)量為21萬噸，占比70%，領(lǐng)跑全球。不僅如此，中國還是世界唯一一個形成“稀土資源-冶煉分離-功能材料-應(yīng)用產(chǎn)品”完整產(chǎn)業(yè)鏈的國家。
至今，我國已經(jīng)成為全球最大的稀土永磁材料生產(chǎn)國，而這恰恰成了海外車企擔(dān)憂的地方。
正如近年來，出于對芯片制造過多依賴亞洲地區(qū)的擔(dān)憂，全球?qū)Ρ就?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E8%8A%AF%E7%89%87%E8%A1%8C%E4%B8%9A/">芯片行業(yè)的扶持力度趕超以往。同樣地，稀土材料在歐美車企眼中也具有不確定性。這種不確定性，還得追溯到多年前。
圖片來源：中國稀土行業(yè)協(xié)會
2010年5月到2011年上半年，稀土價格曾近乎瘋狂式上漲。2011年前7個月，國內(nèi)八大稀土品種的價格漲了近十倍，其中以鏑鐵合金和金屬鏑漲幅最高，分別達(dá)到748.28%和715.79%。即便放在眼下，每千克稀土仍要花費數(shù)百美元。
所以美國能源局早在幾年前便開始組織開發(fā)輕稀土或者無稀土電機。去年年底，美國能源部關(guān)鍵材料研究所（CMI）開發(fā)出了一種制造無稀土永磁材料錳鉍（MnBi）磁體的新方法。
錳鉍磁體可以替代由稀土材料構(gòu)成的永磁體。另外也有研究顯示，硬磁材料中的氮化鐵在理論性能上具備替代釹鐵硼的可能性。但無論哪一種，材料方面的創(chuàng)新即意味著工藝也要隨之革新。
業(yè)內(nèi)有觀點認(rèn)為，從現(xiàn)有的技術(shù)路線來看，永磁同步電機不使用稀土材料基本不太可能。但如果特斯拉用上新的材料和制備工藝，實現(xiàn)成本和技術(shù)的優(yōu)勢，其他車企預(yù)計也會跟進(jìn)。
不可否認(rèn)，無稀土電機不只是海外競逐的熱點。今年10月份，國內(nèi)無稀土永磁電機及電控供應(yīng)商梵盛智控宣布完成千萬元A輪融資。除去上述打造可控且穩(wěn)定供應(yīng)鏈的目的，國內(nèi)車企實則也在為降本提效而奔走。
接下來，無稀土電機的驗證和導(dǎo)入無疑將推動“去稀土化”進(jìn)入新的階段。
寫在最后
對燃油車來說，稀土材料可以作為尾氣的凈化劑；而對新能源汽車來說，稀土的作用不僅在低碳，還在智能化。如今，稀土功能材料已經(jīng)成為全球競爭的焦點之一，歐美及日本等國家和地區(qū)將稀土元素列入“21 世紀(jì)的戰(zhàn)略元素”，進(jìn)行戰(zhàn)略儲備和重點研究，我國也在《中國制造 2025》等中長期發(fā)展規(guī)劃中將稀土功能材料列為關(guān)鍵戰(zhàn)略材料予以重點發(fā)展?？梢哉f，這不僅是車企之間的較量，更是國與國之間的又一個關(guān)鍵賽點。
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