中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近年來(lái)，新能源汽車市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，倒逼整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈水漲船高，與之相關(guān)的新能源材料、新應(yīng)用產(chǎn)品、新應(yīng)用市場(chǎng)也迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。稀土作為一類重要的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源，在新能源汽車產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。
汽車領(lǐng)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(yù)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(lǐng)域中的材料品質(zhì)或性能等。
稀土元素的分類
在新能源汽車中的應(yīng)用方面，稀土主要用于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、揚(yáng)聲器、硬盤驅(qū)動(dòng)器等領(lǐng)域中。在碳中和目標(biāo)下，中國(guó)稀土需求隨新能源汽車產(chǎn)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(lǐng)域在全球稀土消費(fèi)量中占比最高，達(dá)到35%。
新能源汽車所需關(guān)鍵礦產(chǎn)資源的需求預(yù)測(cè)
來(lái)源：朱盛鐳《新能源汽車關(guān)鍵材料的發(fā)展》
稀土材料在新能源汽車的應(yīng)用中，是必不可少的。
從新能源汽車行業(yè)的稀土消費(fèi)情況來(lái)看，新能源汽車行業(yè)中主要涉及稀土永磁材料和稀土儲(chǔ)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(yīng)用比例
來(lái)源：《輕稀土資源現(xiàn)狀及新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用》，中信證券研究所
稀土永磁電動(dòng)機(jī)
在新能源汽車產(chǎn)業(yè)中，不管是混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車還是剛剛起步的燃料電池汽車，永磁電機(jī)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(yīng)用的60%。
永磁電動(dòng)機(jī)，來(lái)源：國(guó)盛證券
“永磁”從字面意思上理解是保持長(zhǎng)久而穩(wěn)定的磁場(chǎng)，維持這種現(xiàn)象需要稀土元素“釹”，在“釹”的基礎(chǔ)上加上“鐵”和“硼”，就能創(chuàng)造出一個(gè)強(qiáng)大且永遠(yuǎn)在線的磁場(chǎng)—釹鐵硼。
釹鐵硼磁鐵可提供強(qiáng)大的磁場(chǎng)力量，使得電機(jī)可以在較小的體積下產(chǎn)生更大的扭矩和功率輸出。這意味著電動(dòng)汽車在加速時(shí)可以更快地達(dá)到相同的速度，同時(shí)也提升了整車的能效，極大地改善了電動(dòng)汽車的行駛性能。
其次，通過(guò)使用釹鐵硼磁鐵制造的高效電機(jī)，電動(dòng)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(chǔ)存的能量，從而延長(zhǎng)了車輛的續(xù)航里程，對(duì)消費(fèi)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(dòng)汽車更注重汽車輕量化。而釹鐵硼磁鐵具有強(qiáng)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(shí)，在永磁電機(jī)中，釹鐵硼是最常用的永磁材料之一，通常情況下還會(huì)混合少量的鎵和重稀土元素鏑、鐠、鋱，以保證永磁電機(jī)的耐熱性。但重稀土元素在稀土礦中的儲(chǔ)量較少，成本較高，目前一些企業(yè)開始轉(zhuǎn)向更多使用輕稀土，減少重稀土的使用量。
稀土動(dòng)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(dòng)力汽車來(lái)說(shuō)，選擇動(dòng)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(diǎn)。目前市售的動(dòng)力鎳氫電池，多數(shù)是以AB5型稀土貯氫合金為負(fù)極材料。稀土貯氫合金粉作電池負(fù)極材料，具有高電容量，不污染環(huán)境和循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，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(lái)一段時(shí)間鎳氫動(dòng)力電池仍將是HEV的首選電源，所用儲(chǔ)氫負(fù)極材料完全能夠滿足混合動(dòng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到了較大的保障，同時(shí)活性鋰離子遷移的三維通道也得到了一定的擴(kuò)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(xué)循環(huán)可逆性，以及更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。
3、鉛酸電池
就國(guó)內(nèi)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(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性能和析氧過(guò)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(zhì)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(shí)現(xiàn)零排放，如混合動(dòng)力汽車和增程式電動(dòng)車，它們?cè)谑褂眠^(guò)程中也會(huì)排放尾氣，部分車輛在出廠時(shí)都會(huì)被強(qiáng)制要求安裝三元催化器，通過(guò)內(nèi)置的凈化劑來(lái)發(fā)生反應(yīng)，生成無(wú)害氣體。而三元催化器的主要構(gòu)成成分正是稀土元素，稀土元素由于電子結(jié)構(gòu)較為特殊，而具有獨(dú)特的儲(chǔ)氧能力，如CeO2中的Ce能改變氧化態(tài)，具有極好的儲(chǔ)氧效應(yīng)和放氧能力，在貧燃/富燃條件下可以儲(chǔ)存/釋放氧氣，從而可以提高催化劑對(duì)CO、HC、NOX的轉(zhuǎn)化率。
氧傳感器
稀土元素還被稱作特種陶瓷的“維生素”，因?yàn)橄⊥猎爻３１蛔鳛樘砑觿⿷?yīng)用在陶瓷材料中來(lái)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?fù)诫s而成，當(dāng)氧化鋯薄膜受到氧氣的作用時(shí)，其導(dǎo)電性發(fā)生變化，從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率和排放水平。
車用MLCC
稀土作為MLCC介質(zhì)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(guò)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(jié)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(diǎn)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M(jìn)LCC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(qiáng)度、低摩擦、高耐熱性、電絕緣性優(yōu)良以及壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是制造汽車軸承的最佳材料。但純的氧化硅是很難燒結(jié)的，引入稀土元素氧化物燒結(jié)助劑可因復(fù)雜氧化物、氮化物的形成而在陶瓷結(jié)構(gòu)中產(chǎn)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(duì)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。可以說(shuō)，在汽車領(lǐng)域，稀土雖少，但不或缺！
汽車“去稀土化”，短期內(nèi)美夢(mèng)難成真
3月1號(hào)，特斯拉舉辦2023年投資日活動(dòng)，宣布下一代電動(dòng)機(jī)將完全不再使用稀土。這個(gè)消息引起不小的關(guān)注與質(zhì)疑。
要知道，2020年，全球77%的電動(dòng)汽車都在用稀土材料的永磁電機(jī)，而在中國(guó)新能汽車市場(chǎng)，有超過(guò)90%的電動(dòng)車用稀土永磁電機(jī)。
特斯拉下一代電機(jī)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(lái)看，據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）數(shù)據(jù)，截至2021年，以稀土氧化物（REO）儲(chǔ)量作為統(tǒng)計(jì)口徑，全球稀土資源總儲(chǔ)量約為1.2億噸，主要分布在中國(guó)、越南、巴西、俄羅斯等國(guó)，四國(guó)合計(jì)儲(chǔ)量占全球總儲(chǔ)量的86.4%，其中中國(guó)儲(chǔ)量4400萬(wàn)噸，越南、巴西、俄羅斯儲(chǔ)量均超過(guò)2000萬(wàn)噸。
目前，中國(guó)稀土儲(chǔ)量占全球35.2%，開采量占全球58%，稀土消費(fèi)量占全球65%，三方面都位列全球第一，是全球最大的生產(chǎn)國(guó)、出口國(guó)和應(yīng)用國(guó)，占據(jù)主導(dǎo)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(tái)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(jì)算，2025全球新能源汽車對(duì)稀土磁材的需求量將達(dá)3萬(wàn)噸。
來(lái)源：中信證券研究部
與此同時(shí)，中國(guó)還在加嚴(yán)對(duì)稀土的管控。
2021年，工信部、自然資源部發(fā)布《關(guān)于下達(dá)2021年度稀土開采、冶煉分離總量控制指標(biāo)的通知》，2021年度稀土開采、冶煉分離總量控制指標(biāo)分別為16.8萬(wàn)噸、16.2萬(wàn)噸，較2020年增加約20%。此前意見稿中明確，未取得核準(zhǔn)任何單位或者個(gè)人不得投資建設(shè)稀土開采、稀土冶煉分離項(xiàng)目，并為后續(xù)國(guó)內(nèi)稀土開采和分離確立了一個(gè)總基調(diào)，即繼續(xù)實(shí)行總量指標(biāo)控制。
同年，美國(guó)白宮《供應(yīng)鏈百日審查報(bào)告》就重點(diǎn)指出在稀土產(chǎn)業(yè)鏈中，美國(guó)對(duì)稀土永磁體進(jìn)口依賴會(huì)威脅國(guó)家安全。作為回應(yīng)，美國(guó)商務(wù)部報(bào)告建議，要加大對(duì)美國(guó)國(guó)內(nèi)永磁體制造企業(yè)稅收抵免、財(cái)政補(bǔ)貼、優(yōu)先采購(gòu)、國(guó)防儲(chǔ)備等的支持，大力推進(jìn)永磁體材料少/去稀土化、永磁體產(chǎn)業(yè)鏈“去中國(guó)化”的進(jìn)程。
據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報(bào)道，美國(guó)正在重建稀土磁鐵供應(yīng)網(wǎng)。為了在戰(zhàn)略物資領(lǐng)域減少對(duì)中國(guó)的依賴，一些由中國(guó)占據(jù)較高份額的生產(chǎn)工序?qū)⑥D(zhuǎn)移至美國(guó)本土，獲得美國(guó)政府支持的美企正在加快投資速度。但將長(zhǎng)期依賴中國(guó)的供應(yīng)網(wǎng)推倒重來(lái)并非易事，原材料采購(gòu)費(fèi)用和物流成本較高的美國(guó)并不具備優(yōu)勢(shì)。彭博社分析稱，美國(guó)至少需要十年時(shí)間，才能實(shí)現(xiàn)稀土供應(yīng)鏈的自給自足。
加之，稀土價(jià)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(wú)稀土電機(jī)也不足為奇。
從性能來(lái)看，2012年特斯拉Model S上市時(shí)，搭載的就是感應(yīng)電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)雖然在成本上占據(jù)一定的優(yōu)勢(shì)，但在同時(shí)也存在體積大、效率低而影響續(xù)航等缺點(diǎn)。
而對(duì)于新能源汽車來(lái)講，續(xù)航能力就是競(jìng)爭(zhēng)力。而感應(yīng)電機(jī)體積重導(dǎo)致轉(zhuǎn)化效率低，汽車?yán)m(xù)航能力也會(huì)隨之下降，這也是很多汽車廠家選擇永磁電動(dòng)機(jī)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(jī)，并最終在其他車型上也使用了這一款電機(jī)。有數(shù)據(jù)顯示，特斯拉Model 3使用的永磁電機(jī)比之前使用的感應(yīng)電機(jī)效率提升了6%。
從材料上來(lái)看，要去稀土化，當(dāng)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(chǎn)生磁體，便宜且容易制作。
但鐵氧體一直是低端領(lǐng)域稀土釹鐵硼的替代品，其性能、體積等各方面都很難達(dá)到釹鐵硼的水平，可以用于汽車上的一些微電機(jī)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(lǐng)域，在新能源車角度進(jìn)行替代可謂是得不償失。
目前，不少?gòu)S家也開始對(duì)無(wú)稀土作起了研究。但無(wú)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(wú)法以理想的形式長(zhǎng)期制造與保存。即使是此前報(bào)道的，DA Technology和koreen成功生產(chǎn)了錳鉍(Mn-Bi)磁鐵的原型，目前也只是在進(jìn)行性能驗(yàn)證和改進(jìn)工作。
很明顯，考慮到電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)追求的低成本與高效率，以及技術(shù)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(nèi)的無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。最起碼在中國(guó)，稀土電機(jī)還是車用的主流方向。
參考來(lái)源：
朱盛鐳：新能源汽車關(guān)鍵材料的發(fā)展
周曉明：稀土材料在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展
中冶有色技術(shù)平臺(tái)：課堂|稀土元素在新能源汽車中的四大應(yīng)用方向
電動(dòng)汽車觀察家：特斯拉無(wú)稀土電機(jī)：又一個(gè)技術(shù)“倒退”的選擇
鉅大LARGE：稀土對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的影響
吉力強(qiáng)等：輕稀土資源現(xiàn)狀及在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用
吳一丁等：稀土產(chǎn)業(yè)鏈全球格局現(xiàn)狀、趨勢(shì)預(yù)判及應(yīng)對(duì)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(yīng)用
日經(jīng)中文網(wǎng)：美國(guó)正在重建稀土磁鐵供應(yīng)鏈
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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