“價格屠夫”特斯拉繼續朝製造端擠壓成本,這一次瞄準的是永磁電機。在剛結束的年度投資者日活動上,特斯拉動力總成工程副總裁Colin Campbell提到,特斯拉下一代永磁驅動電機中完全不使用任何稀土材料。
對此,多位稀土行業相關人士告訴記者,“目前完全可以替代稀土永磁的技術不存在”、“短期內是不可能發生的”,中國稀土行業協會相關人士更是對財聯社記者直言“沒有可能”。不過,通過和電機技術專家交流獲悉,要實現不用稀土的永磁電機目前已有清晰路線,可替代的磁材也有幾種。
有新能源汽車行業人士對記者表示,從綜合性能來看,目前使用稀土原料的永磁同步電機最具優勢。如果不用稀土,勢必會影響新能源汽車整車續航;若不使用重稀土,不但會增加驗證,而且客戶或會藉此砍價。
蘇州達思靈電機有限公司董事長吳德平(Walter Wu)稱,“馬斯克推動的實際上是一種新的材料技術的創新,即不用稀土來製造高性能磁鋼,不一定和電動車驅動直接關係。一旦這項材料技術實現突破,那麼整個電機界都會受益。”
Colin Campbell表示,在2017年至2022年期間,由於提高了傳動系統的效率,他們已成功地將新Model 3驅動模塊的稀土使用量減少了25%。根據現場幻燈片展示,在特斯拉現行使用的電機中,三種稀土元素分別使用了500g、10g和10g。據特斯拉透露,下一代電機將三種稀土元素的用量都降至0g。
業內猜測,特斯拉展示的三個稀土元素中,第一個元素可能是釹,另外兩個是鏑和铽。有業內人士認為,特斯拉只是說下一代電機不用稀土元素,其他部位可能還會繼續用。
多位業內人士對記者分析表示,促使特斯拉“放棄稀土造電機”的原因主要有兩方面:一方面是美國稀土供應不足,主要依賴進口;另一方面是目前稀土價格偏高。梁亞非對財聯社記者指出,稀土材料是電機成本最大的部分,約佔3成以上。
據外媒報導,2018年3月特斯拉Model 3車型將放棄使用感應電機改為永磁同步電機。生意社數據顯示,2018年初稀土指數為332,該指數值於2022年2月24日達到峰值1007,相較2018年初增長了203.3%。截至2023年3月2日,生意社稀土指數為612,較2018年初增長了84.3%。
事實上,受資源限制和稀土價格波動影響,國外團隊一直在研究稀土的替代品。據彭博等外媒報導,2022年10月,劍橋大學一團隊和來自奧地利的合作者發現了一種製造新型磁性材料鐵-鎳(tetrataenite)的新方法,有望成為稀土永磁的替代品。
“目前新能源汽車釹鐵硼永磁材料的消耗量約佔市場需求量的1/3左右,可以說,新能源車對稀土永磁的需求支撐了市場和價格。如果特斯拉開發出成本更低的永磁電機,其他新能源車企也會跟進,受影響的不僅僅是目前新能源汽車對稀土永磁的需求量,還包括未來新能源汽車需求的增長空間。不僅如此,其他行業也會跟進。對稀土行業來說,這是一個顛覆性的事情。”某業內資深人士對記者如是說。
對於特斯拉不用稀土的下一代電機計劃,中科三環相關人士回應財聯社記者表示,“市場上大多數的主流汽車品牌可能都是公司的客戶。目前能夠完完全全替代稀土的技術和產品還看不到,如果特斯拉能實現,影響確實還挺大的。但它能不能實現,這完全是一個未知數。”
3月2日,廣晟有色(600259.SH)證券部人士表示,“目前行業最先進的晶界滲透技術僅可以減少鏑、铽等中重稀土的添加量約50%-70%,特斯拉所謂的不使用稀土僅是簡短的一條新聞,並未說明其替代產品或者解決方案,同時行業內也沒有其他可替代稀土的重大技術性突破。個人認為,如果特斯拉完全不用稀土的話,產品效率可能達不到標準。”
從永磁材料發展的角度來看,目前釹鐵硼永磁材料是第三代永磁材料。據了解,第四代永磁材料納米複合材料和稀土鐵氮(碳)系材料仍在研發中。這意味著,稀土永磁商業化應用還有很長的路要走。
電機是新能源汽車的三大核心零部件之一,被譽為新能源汽車的“心臟”。目前,市面上常見電機有永磁同步電機和交流異步電機,二者各有優劣。
具體來看,永磁同步電機更節能、更輕量化,但是它需要用到稀土材料,因此造價成本更高;而交流異步電機雖具有價格優勢,但其功率和扭矩更低,體積也更大。
所謂永磁,是指在製造電機轉子時加入永磁體,使電機的性能得到進一步提升。中商產業研究院數據顯示,永磁同步電機的成本構成中永磁體的佔比最大,約44.9%;交流異步同步電機成本構成中,定子鐵芯疊片的佔比最大為37.8%。
業內普遍認為,從綜合性能來看,永磁同步電機最具優勢。相關數據顯示,2021年國內新能源車永磁同步電機裝機比例已超過98%。
上海梅賽德斯奔馳車輛技術有限公司技術總監穆青稱,“續航里程是新能源車的核心痛點之一,永磁同步電機的高效率能更好地提高續航里程。隨著高性能釹鐵硼永磁體和電力電子元件的進一步發展,永磁同步電機也進一步完善,更符合綠色發展理念。”
值得一提的是,特斯拉最早採用的就是不用稀土的交流感應電機,但從Model 3開始採用永磁直流電機,並最終在其他車型上也使用了這一款電機。
穆青表示,“如果不用稀土,常規來說影響新能源汽車整車續航;不用重稀土的話,目前業內沒有嘗試過,因此需要花時間去驗證,會導致研發費用增加。”北京新能源汽車股份有限公司電驅系統總師梁亞非則認為,不用重稀士不但會增加驗證,而且客戶會藉此砍價。
新能源汽車的爆發式增長,是拉動稀土永磁需求上漲的重要因素之一。據國金證券研究所測算,預計2023年新能源車釹鐵硼佔比從15%上升至26%。
另據研究機構EVTank預測,2025年全球新能源汽車銷量將超1200萬輛。中科三環(000970.SZ)董秘此前表示,就目前的平均情況而言,每台新能源汽車中釹鐵硼永磁材料的用量大約在2.5公斤左右。據此計算,2025全球新能源汽車對稀土磁材的需求量將達3萬噸。
值得關注的是,新能源汽車的高速發展,驅動稀土永磁相關上市公司業績高增長。比如,中科三環預計2022年實現歸母淨利潤6.5億元至9.5億元,同比增長62.96%-138.17%;金力永磁(300748.SZ)預計2022年實現歸母淨利潤7億元至8.3億元,同比增長55%-85%。中科三環和金力永磁也是特斯拉稀土永磁的主要供應商。
據財聯社記者了解,從技術突破上來說,永磁電機不依賴稀土具備技術路徑,具體包括鐵氧體電機、開關磁阻電機、EESM-電勵磁同步電機等。此外,可替代並且已經商業化應用的永磁材料有鋁鎳鈷(AlNiCo)、鐵氧體和釤鈷永磁幾種類型。
一位不願具名的業內資深人士稱,“馬斯克一直在做一些顛覆性的事情,但我現在想不出特斯拉會用啥材料。他沒有說特斯拉電機何時起不用稀土,這是最大的bug。如果不使用稀土的話,鋁鎳鈷是一種,但它的磁性能肯定沒有稀土永磁好。”
公開資料顯示,鋁鎳鈷是最早開發出來的一種永磁材料,是由鋁、鎳、鈷、鐵和其它微量金屬元素構成的一種合金,於20世紀30年代問世。上世紀60年代以後,隨著鐵氧體永磁和稀土永磁的相繼問世,鋁鎳鈷永磁在電機中的應用逐步被取代。換言之,若採用鋁鎳鈷永磁將意味著“開倒車”。
中金有色3月2日速評指出,鐵氧體一直是低端領域稀土釹鐵硼的替代品,其性能、體積等各方面都很難達到釹鐵硼的水平,可以用在一些退而求其次的領域,比如汽車上的一些微電機,但是全面替代稀土永磁實際上是開了技術上的倒車;至於釤鈷永磁,它本身就含有稀土元素釤,具有放射性,目前僅用於軍工、航天等領域,在新能源車角度進行替代可謂是得不償失。
技術路徑而言,梁亞非表示,開關磁阻電機不用稀土,但NVH(聲振粗糙度)問題較大,礦用機械使用較多;使用鐵氧體材料的永磁電機效率和功率輸出能力會有影響,進而影響整車的續航和動力性。
“EESM-電勵磁同步電機高速效率更好,適合高速競爭力基因較強的車型和品牌,如BMW(寶馬),但其CLTC(中國輕型汽車行駛工況)效率比永磁同步差。”梁亞非稱。
財聯社記者了解到,BMW在第五代電驅系統上採用了並不多見的EESM自勵同步電機,目前已應用在iX3、iX以及i4上,未來還會出現在電動版7係等更多車型之上。
梁亞非進一步表示,“我覺得特斯拉下一代電機不使用稀土不是不可能。特斯拉作為一個主機廠,有可能以效率或者續航的損失,來應對可能的供應鏈緊張或者成本問題。它本身就是從異步電動機(感應電動機)起步,異步電動機效率也低,它都能接受。”
中金公司有色行業首席分析師齊丁也認為,特斯拉想做材料轉換的原因是他們意識到全球對於稀土及磁材的需求加速,可能會帶來稀土的供不應求,因此想尋求別的解決方法。“這無疑是對稀土及磁材供需偏緊最好的印證。”
齊丁同時表示,特斯拉設計下一代的永磁驅動電機,只不過不用稀土材料。“這說明,從技術路線上,此前特斯拉最初在Roadster使用的感應異步電機很難捲土重來。”(財聯社)