中國粉體網(wǎng)訊 近年來，新能源汽車市場的蓬勃發(fā)展，倒逼整個產業(yè)鏈水漲船高，與之相關的新能源材料、新應用產品、新應用市場也迎來了前所未有的發(fā)展機遇。稀土作為一類重要的戰(zhàn)略礦產資源，在新能源汽車產業(yè)中占有重要地位。
汽車領域：稀土雖少，但不或缺！
稀土，是指一系列的元素，其中包括釔、鈧以及17種鑭系元素。這些元素在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用，被譽為“工業(yè)味精”，可以用于提升電子信息、石油化工、冶金、能源等領域中的材料品質或性能等。
稀土元素的分類
在新能源汽車中的應用方面，稀土主要用于電動汽車的驅動電機、揚聲器、硬盤驅動器等領域中。在碳中和目標下，中國稀土需求隨新能源汽車產業(yè)的迅猛發(fā)展而快速增加，數(shù)據(jù)顯示，新能源汽車和電子工業(yè)等領域在全球稀土消費量中占比最高，達到35%。
新能源汽車所需關鍵礦產資源的需求預測
來源：朱盛鐳《新能源汽車關鍵材料的發(fā)展》
稀土材料在新能源汽車的應用中，是必不可少的。
從新能源汽車行業(yè)的稀土消費情況來看，新能源汽車行業(yè)中主要涉及稀土永磁材料和稀土儲氫材料，分別占比64%和36%。
稀土永磁材料占新能源汽車稀土應用比例
來源：《輕稀土資源現(xiàn)狀及新能源汽車領域的應用》，中信證券研究所
稀土永磁電動機
在新能源汽車產業(yè)中，不管是混合動力汽車、純電動汽車還是剛剛起步的燃料電池汽車，永磁電機都是必不可少的核心器件之一。而稀土永磁體大約占新能源汽車行業(yè)稀土應用的60%。
永磁電動機，來源：國盛證券
“永磁”從字面意思上理解是保持長久而穩(wěn)定的磁場，維持這種現(xiàn)象需要稀土元素“釹”，在“釹”的基礎上加上“鐵”和“硼”，就能創(chuàng)造出一個強大且永遠在線的磁場—釹鐵硼。
釹鐵硼磁鐵可提供強大的磁場力量，使得電機可以在較小的體積下產生更大的扭矩和功率輸出。這意味著電動汽車在加速時可以更快地達到相同的速度，同時也提升了整車的能效，極大地改善了電動汽車的行駛性能。
其次，通過使用釹鐵硼磁鐵制造的高效電機，電動汽車可以在相同的電池容量下獲得更高的能量利用率。這意味著車輛可以更有效地利用電池儲存的能量，從而延長了車輛的續(xù)航里程，對消費者而言，可以減少里程焦慮，利于新能源汽車的普及。
此外，相比傳統(tǒng)燃油汽車，電動汽車更注重汽車輕量化。而釹鐵硼磁鐵具有強大的磁性能，它可以在較小的體積和重量下提供相同的輸出功率。
同時，在永磁電機中，釹鐵硼是最常用的永磁材料之一，通常情況下還會混合少量的鎵和重稀土元素鏑、鐠、鋱，以保證永磁電機的耐熱性。但重稀土元素在稀土礦中的儲量較少，成本較高，目前一些企業(yè)開始轉向更多使用輕稀土，減少重稀土的使用量。
稀土動力電池
稀土元素不僅僅是能參與目前主流鋰電池電極材料的制備，還能很好地作為鉛酸蓄電池或鎳氫電池的正極制備原材料。
1、鎳氫電池
拿混合動力汽車來說，選擇動力鎳氫電池及其管理系統(tǒng)具有高功率特性、耐用性及可靠性、安全裕度大等特點。目前市售的動力鎳氫電池，多數(shù)是以AB5型稀土貯氫合金為負極材料。稀土貯氫合金粉作電池負極材料，具有高電容量，不污染環(huán)境和循環(huán)壽命長等優(yōu)點，在電池發(fā)展中占有重要的位置。目前，全球85%的HEV采用鎳氫電池，未來一段時間鎳氫動力電池仍將是HEV的首選電源，所用儲氫負極材料完全能夠滿足混合動力汽車用鎳氫電池的使用要求。
2、鋰電池
由于稀土元素的加入，材料的結構穩(wěn)定性得到了較大的保障，同時活性鋰離子遷移的三維通道也得到了一定的擴充，這使所制備的鋰離子電池有了更高的充電穩(wěn)定性和電化學循環(huán)可逆性，以及更長的循環(huán)壽命。
3、鉛酸電池
就國內的研究表明，稀土的加入有利于提高電極板鉛基合金的抗拉強度、硬度、耐腐蝕性能和析氧過電位，活性組分中添加稀土可減少正極氧氣析出量，提高正極活性物質的利用率，從而改善蓄電池的性能和使用壽命。
三元催化器中的催化劑
眾所周知，并不是所有的新能源汽車都能實現(xiàn)零排放，如混合動力汽車和增程式電動車，它們在使用過程中也會排放尾氣，部分車輛在出廠時都會被強制要求安裝三元催化器，通過內置的凈化劑來發(fā)生反應，生成無害氣體。而三元催化器的主要構成成分正是稀土元素，稀土元素由于電子結構較為特殊，而具有獨特的儲氧能力，如CeO2中的Ce能改變氧化態(tài)，具有極好的儲氧效應和放氧能力，在貧燃/富燃條件下可以儲存/釋放氧氣，從而可以提高催化劑對CO、HC、NOX的轉化率。
氧傳感器
稀土元素還被稱作特種陶瓷的“維生素”，因為稀土元素常常被作為添加劑應用在陶瓷材料中來提高性能。如氧化鋯氧傳感器的核心部件就是氧化鋯薄膜，通常由氧化鋯和稀土元素摻雜而成，當氧化鋯薄膜受到氧氣的作用時，其導電性發(fā)生變化，從而控制發(fā)動機的燃燒效率和排放水平。
車用MLCC
稀土作為MLCC介質粉體的重要摻雜成分，能有效改善MLCC的可靠性，是高端MLCC用陶瓷粉體的研制過程中不可或缺的重要原料之一。
如Y2O3、La2O3等稀土氧化物被用作MLCC的添加劑，可以改善陶瓷的介電性能，提高電容器的電容密度和工作頻率范圍；其次，在陶瓷和電極之間形成稀土氧化物薄層，可以提高電極與陶瓷的結合力和界面穩(wěn)定性，減少電容器的失效率和漏電流。此外，稀土氧化物具有較高的熔點和熱穩(wěn)定性，可降低電容器在高溫環(huán)境下的介電損耗，提高MLCC的可靠性和使用壽命。
稀土陶瓷軸承
氮化硅陶瓷軸承因其材料具有輕量化、高硬度、高強度、低摩擦、高耐熱性、電絕緣性優(yōu)良以及壽命長等優(yōu)勢，被認為是制造汽車軸承的最佳材料。但純的氧化硅是很難燒結的，引入稀土元素氧化物燒結助劑可因復雜氧化物、氮化物的形成而在陶瓷結構中產生晶間相，使氮化硅材料在較高溫度下具有良好的性能。
此外，稀土對車身鋼材、齒輪、輪轂甚至一顆螺絲都有著舉足輕重的分量，甚至輪胎制造業(yè)也需要稀土高分子材料作為穩(wěn)定劑�？梢哉f，在汽車領域，稀土雖少，但不或缺！
汽車“去稀土化”，短期內美夢難成真
3月1號，特斯拉舉辦2023年投資日活動，宣布下一代電動機將完全不再使用稀土。這個消息引起不小的關注與質疑。
要知道，2020年，全球77%的電動汽車都在用稀土材料的永磁電機，而在中國新能汽車市場，有超過90%的電動車用稀土永磁電機。
特斯拉下一代電機將三種稀土元素的用量都降至0g
為什么要去稀土化？
從資源來看，據(jù)美國地質調查局（USGS）數(shù)據(jù)，截至2021年，以稀土氧化物（REO）儲量作為統(tǒng)計口徑，全球稀土資源總儲量約為1.2億噸，主要分布在中國、越南、巴西、俄羅斯等國，四國合計儲量占全球總儲量的86.4%，其中中國儲量4400萬噸，越南、巴西、俄羅斯儲量均超過2000萬噸。
目前，中國稀土儲量占全球35.2%，開采量占全球58%，稀土消費量占全球65%，三方面都位列全球第一，是全球最大的生產國、出口國和應用國，占據(jù)主導地位。
中科三環(huán)董秘此前表示，就目前的平均情況而言，每臺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(jù)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。
來源：中信證券研究部
與此同時，中國還在加嚴對稀土的管控。
2021年，工信部、自然資源部發(fā)布《關于下達2021年度稀土開采、冶煉分離總量控制指標的通知》，2021年度稀土開采、冶煉分離總量控制指標分別為16.8萬噸、16.2萬噸，較2020年增加約20%。此前意見稿中明確，未取得核準任何單位或者個人不得投資建設稀土開采、稀土冶煉分離項目，并為后續(xù)國內稀土開采和分離確立了一個總基調，即繼續(xù)實行總量指標控制。
同年，美國白宮《供應鏈百日審查報告》就重點指出在稀土產業(yè)鏈中，美國對稀土永磁體進口依賴會威脅國家安全。作為回應，美國商務部報告建議，要加大對美國國內永磁體制造企業(yè)稅收抵免、財政補貼、優(yōu)先采購、國防儲備等的支持，大力推進永磁體材料少/去稀土化、永磁體產業(yè)鏈“去中國化”的進程。
據(jù)《日本經(jīng)濟新聞》報道，美國正在重建稀土磁鐵供應網(wǎng)。為了在戰(zhàn)略物資領域減少對中國的依賴，一些由中國占據(jù)較高份額的生產工序將轉移至美國本土，獲得美國政府支持的美企正在加快投資速度。但將長期依賴中國的供應網(wǎng)推倒重來并非易事，原材料采購費用和物流成本較高的美國并不具備優(yōu)勢。彭博社分析稱，美國至少需要十年時間，才能實現(xiàn)稀土供應鏈的自給自足。
加之，稀土價格上漲等多重因素下，日本、歐美車企退而求其次，開始研發(fā)和使用無稀土電機也不足為奇。
從性能來看，2012年特斯拉Model S上市時，搭載的就是感應電機，感應電機雖然在成本上占據(jù)一定的優(yōu)勢，但在同時也存在體積大、效率低而影響續(xù)航等缺點。
而對于新能源汽車來講，續(xù)航能力就是競爭力。而感應電機體積重導致轉化效率低，汽車續(xù)航能力也會隨之下降，這也是很多汽車廠家選擇永磁電動機的原因。
值得一提的是，特斯拉從Model 3開始采用永磁直流電機，并最終在其他車型上也使用了這一款電機。有數(shù)據(jù)顯示，特斯拉Model 3使用的永磁電機比之前使用的感應電機效率提升了6%。
從材料上來看，要去稀土化，當前呼聲最高的材料是“鐵氧體”，這種由鐵與氧組成的陶瓷混合少量金屬，便能產生磁體，便宜且容易制作。
但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，可以用于汽車上的一些微電機等。至于釤鈷永磁，它本身就含有稀土元素釤，具有放射性，目前僅用于軍工、航天等領域，在新能源車角度進行替代可謂是得不償失。
目前，不少廠家也開始對無稀土作起了研究。但無論是明星磁鐵創(chuàng)業(yè)公司Niron的氮化鐵，還是另一種含錳的高磁力材料，都無法以理想的形式長期制造與保存。即使是此前報道的，DA Technology和koreen成功生產了錳鉍(Mn-Bi)磁鐵的原型，目前也只是在進行性能驗證和改進工作。
很明顯，考慮到電動汽車產業(yè)追求的低成本與高效率，以及技術未徹底突破等難題，要想完全擺脫稀土資源，不是沒有可能，但是在短期內的無法實現(xiàn)的。最起碼在中國，稀土電機還是車用的主流方向。
參考來源：
朱盛鐳：新能源汽車關鍵材料的發(fā)展
周曉明：稀土材料在新能源汽車領域的應用和發(fā)展
中冶有色技術平臺：課堂|稀土元素在新能源汽車中的四大應用方向
電動汽車觀察家：特斯拉無稀土電機：又一個技術“倒退”的選擇
鉅大LARGE：稀土對新能源汽車產業(yè)的影響
吉力強等：輕稀土資源現(xiàn)狀及在新能源汽車領域的應用
吳一丁等：稀土產業(yè)鏈全球格局現(xiàn)狀、趨勢預判及應對戰(zhàn)略研究
宇多田：特斯拉丟掉稀土與芯片，并非妥協(xié)
電容宇宙：稀土氧化物在MLCC中的應用
日經(jīng)中文網(wǎng)：美國正在重建稀土磁鐵供應鏈
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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