巨頭爭相入場，無稀土電機(jī)是未來？

無稀土電機(jī)在新能源汽車領(lǐng)域的呼聲越來越高。

今年3月份，特斯拉最先宣布下一代永磁電機(jī)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(jī)的腳步不斷加快。

例如，雷諾集團(tuán)正在設(shè)計(jì)不含稀土的第三代電機(jī)“E7A”，該電機(jī)尚處于原型樣品階段，預(yù)計(jì)2027年投入量產(chǎn)；通用汽車和Stellantis也正計(jì)劃開發(fā)新一代無稀土永磁電機(jī)；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(jī)，并計(jì)劃2035年前實(shí)現(xiàn)商用。采埃孚也開發(fā)出了一種零稀土無磁電機(jī)“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(jī)的擴(kuò)產(chǎn)。據(jù)稱，該電機(jī)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(jī)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(gè)過程中，存在哪些機(jī)會，又有哪些挑戰(zhàn)？

無稀土電機(jī)“蓄謀已久”

無稀土電機(jī)，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(xiǎn)。因此，公司下一代使用永磁電機(jī)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(jī)，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(jī)，部分品牌車型采用雙電機(jī)模式，即正常行駛狀態(tài)下啟用永磁同步電機(jī)，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(jī)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(jī)。而一直以來，稀土元素都是永磁電機(jī)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(qiáng)度等特點(diǎn)，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(jī)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(jī)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(jī)賽道，但從已公布的量產(chǎn)或者商用時(shí)間來看，距離無稀土電機(jī)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(gè)未知數(shù)。

降本+提效

“無稀土”之所以受到追捧，是因?yàn)椴环τ^點(diǎn)認(rèn)為，相對稀土電機(jī)，無稀土電機(jī)可以做到成本更低且更高效。

早些時(shí)候，極氪電驅(qū)電機(jī)開發(fā)專家徐津就提到，永磁同步電機(jī)中重稀土（鋱、鏑等9個(gè)元素）的成本占比較高，永磁體的成本約占電機(jī)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(jī)成本的10%～15%。

同時(shí)也有業(yè)內(nèi)人士分析，電機(jī)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(gè)水平。

所以降低稀土使用量，或者以其他價(jià)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(shí)間。特斯拉方面也聲稱，自己的下一代電機(jī)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(jī)和電控。除了將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動電機(jī)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(jī)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(jī)的磁鏈設(shè)計(jì)和電控軟件算法難度較大，需要極強(qiáng)的電機(jī)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(shí)上，車企看上無稀土電機(jī)，不僅為降本和提效，更重要的一點(diǎn)，其實(shí)是為了規(guī)避稀土材料的壟斷風(fēng)險(xiǎn)。

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(gè)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(jià)格曾近乎瘋狂式上漲。2011年前7個(gè)月，國內(nèi)八大稀土品種的價(jià)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(fèi)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(jī)。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(diǎn)認(rèn)為，從現(xiàn)有的技術(shù)路線來看，永磁同步電機(jī)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(shí)現(xiàn)成本和技術(shù)的優(yōu)勢，其他車企預(yù)計(jì)也會跟進(jìn)。

不可否認(rèn)，無稀土電機(jī)不只是海外競逐的熱點(diǎn)。今年10月份，國內(nèi)無稀土永磁電機(jī)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(shí)則也在為降本提效而奔走。

接下來，無稀土電機(jī)的驗(yàn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)發(fā)展。可以說，這不僅是車企之間的較量，更是國與國之間的又一個(gè)關(guān)鍵賽點(diǎn)。