特斯拉真有惊天“黑科技”？_技术前沿_业界资讯

特斯拉真有惊天“黑科技”？
来源：usstock.jrj.com.cn
作为新能源汽车的领军企业，特斯拉的一举一动经常影响到资本市场，管理层的发言也常常引得二级市场异动。此前，机器人概念、人脑工程概念都曾因此强势走高。
近期，在特斯拉的投资者活动日上，几大高管的发言再次牵动市场神经，引发A股碳化硅、稀土概念中的个股集体跳水。会上，特斯拉高管们表示，特斯拉的下一代平台将减少75%的碳化硅使用，而且下一代永磁电机将完全不使用稀土材料。
一个是突破性的第三代半导体材料碳化硅，一个是世界紧缺的重要战略资源稀土，近年来，两者在新能源汽车中占据着重要位置，相关概念在资本市场上也一度受到热捧。随着特斯拉放话，是否意味着上述两种材料大势已去？
01
或是不改“价格屠夫”初心
事实上，特斯拉此次提出的两大目标，本质上或许还是为了控制成本。
首先是碳化硅。
其实，汽车大厂对碳化硅一直是又爱又恨，其优点是具备耐高压、耐高温、高频化等特性，可以令整车能耗更低、尺寸更小、行驶里程更长，一定程度上缓解新能源车里程焦虑问题。此外，据东芝半导体披露，将IGBT替换为碳化硅MOSFET，额定运行期间每个器件的损耗可降低约41%。而缺点就是，相比传统的硅材料，碳化硅太贵了。
2018年，特斯拉在Model 3中率先采用碳化硅SiC，带动第三代半导体跟着新能源汽车行业快速发展。相比其他还使用传统IGBT的新能源汽车厂商，使用SiC的特斯拉在性能上有了更多优势。因此，如今特斯拉突然宣布减少75%的用量，本质上还是在控制成本。具体有两点原因：
其一，特斯拉碳化硅用量很大。此前，东吴证券在研报中提到，据市场估算，特斯拉未来会逐步将碳化硅应用至OBC、充电器、快充电桩等，预计平均2辆特斯拉纯电动车就需要一片6寸SiC晶圆。
以年产能100万辆Model 3/Y计，公司一年需要超50万片6寸晶圆，而目前全球SiC晶圆总年产能在40万~60万片。这意味着，特斯拉一家企业就能消耗掉当下全球碳化硅总产能。
其二，碳化硅成本居高不下。目前，碳化硅报价经历了相当一段时间的下跌。2022年跌幅达15%，但仍旧维持在高位。
根据东尼电子此前公告，东尼半导体将在2023年向某客户交付6英寸碳化硅衬底13.5万片，含税销售金额合计6.75亿元。以此测算，碳化硅衬底单片价格为5000元。根据中商产业研究院整理的数据，衬底约占碳化硅器件成本的47%，因此，单颗碳化硅器件成本直接破万。海外头部厂商的SBD wafer和MOSFET wafer成本能达到2~3万元。
因此，使用碳化硅，或令特斯拉的单车成本增加了1万元左右，是硅基IGBT的3~5倍。特斯拉此次的潜台词，或许可以看成是向碳化硅产业表示，目前的价格太贵，且有效产能太小。以此倒逼相关企业加速扩产、提效、降价。
碳化硅之外，是永磁电机中的稀土。
新能源汽车成本结构中最重要的三大部分分别是电池、电机和电控系统。目前，电池成本占新能源汽车成本比约40-50%，而电机约占全车成本10%左右。以单车25万元计算，电机成本达2.5万元。中商产业研究院数据显示，永磁同步电机的成本构成中永磁体的占比最大，约44.9%（稀土材料或占3成以上）。使用稀土永磁体的单车成本又增加了一万元。
此外，摆脱稀土资源供应不足，和向稀土企业压价，或许也是此次的目的。
此前，为了降低成本，特斯拉就开始使用无钴电池，如今“减少75%的碳化硅用量”“弃用稀土”听起来是技术突破，但本意或还是控制成本。
02
新技术理论上存在
落地仍需时间
假设特斯拉真的有了“黑科技”，可以在降低成本的同时完全不影响汽车性能，这种可能存在吗？理论上来看，降低碳化硅用量大概率是和传统硅基材料混合使用，有望在下一代平台实现。但永磁电机弃用稀土，虽然存在相关的技术路线，但商业化应用或许还有一段距离。
首先，针对减少75%碳化硅用量，市场已经给出了相关方案。
据科创板日报，有布局SiC业务的企业管理者分析表示，可能是多方面工程化持续提升的累计结果，包括：
①SiC芯片面积持续微缩：同样电流能力用更小的芯片；
②封装技术持续演进：拥有更强的散热能力；
③SiC芯片良率进一步提升：可以减少SiC材料的浪费；
④SiC/IGBT混合拓扑的应用：减少碳化硅MOSFET晶体管的数量，和硅基IGBT混合应用，SiC轻载效率高，IGBT重载性价比突出。
也就是说，在成本考量下，特斯拉选择的很可能是一种“折中技术”，待后期碳化硅材料器件价格下降至一定水位，再以更具物理优势的碳化硅逐步替换硅基器件。
至于永磁电机弃用稀土，以现有技术来看可能有一定难度。
目前新能源车汽车使用的电机主要为永磁同步电机和无磁感应交流异步电机。在特斯拉现行使用的永磁电机中，三种稀土元素分别使用了500g、10g和10g。业内猜测，第一个元素可能是钕，另外两个是镝和铽。据特斯拉透露，下一代永磁电机会将三种稀土元素的用量都降至0g。
但是，多家稀土公司都对此持质疑态度。
广晟有色证券部人士表示，“目前行业最先进的晶界渗透技术仅可以减少镝、铽等中重稀土的添加量约50%-70%，特斯拉所谓的不使用稀土仅是简短的一条新闻，并未说明其替代产品或者解决方案，同时行业内也没有其他可替代稀土的重大技术性突破。个人认为，如果特斯拉完全不用稀土的话，产品效率可能达不到标准。”
事实上，从技术突破上来说，永磁电机不依赖稀土其实具备技术路径。
第一种是永磁辅助同步的励磁电机，最大特色是用钢做转子，可以不用稀土。但励磁电机存在怠速发电性能差、电瓶容易放完电、效率低、整机温升高、易出现碳刷、滑环损坏等问题，体积、功率密度、节能效果等远不如永磁同步电机。
第二种是对稀土本身的替代，制造一种新型的磁性材料，比如铁和镍的材料作为稀土材料上的替代。如铁氧体电机、开关磁阻电机、EESM-电励磁同步电机等，可替代并且已经商业化应用的永磁材料有铝镍钴（AlNiCo）、铁氧体和钐钴永磁几种类型。但这几种并不适合应用在如今的新能源汽车上。
中金有色日前指出，铁氧体一直是低端领域稀土钕铁硼的替代品，其性能、体积等各方面都很难达到钕铁硼的水平，可以用在一些退而求其次的领域，比如汽车上的一些微电机，但是全面替代稀土永磁实际上是开了技术上的倒车；至于钐钴永磁，它本身就含有稀土元素钐，具有放射性，目前仅用于军工、航天等领域，在新能源车角度进行替代可谓是得不偿失。
此外还有第四代铁氮（碳）永磁体，但仍然处于研发阶段，距离产业化仍有一定距离。
至于特斯拉究竟是想压低稀土市场价格，还是确实有了去稀土化且不影响效率的方案和技术，这就不得而知了。究竟是“画饼”还是“黑科技”，市场只能拭目以待。
03
碳化硅、稀土产业前景依旧明朗
目前而言，无论是碳化硅产业，还是稀土产业，短期内可能受特斯拉消息的冲击，但长期前景都较为明朗。
首先是碳化硅行业。
据碳化硅行业全球龙头厂商Wolfspeed的数据和预测，汽车领域碳化硅器件市场规模明显更高，但工业能源领域、射频领域的高增长亦不容忽视。
具体来看，受新能源汽车及发电、电源设备、射频器件等需求驱动，2026年碳化硅器件市场规模有望达89亿美元，其中用于新能源汽车和工业、能源的SiC功率器件市场规模为60亿美元，用于射频的SiC器件市场规模为29亿美元。
等碳化硅在汽车领域进行快速迭代后，还有光伏、风电等更大的市场，大菲资本董事总经理张力预计到2027年，碳化硅市场规模将增至62.87亿美元，年化增速至少有30%。
此外，稀土行业则有三大支撑。
第一，稀土整合进行时，行业发展新格局。当下，稀土及磁材产业链中重点环节的整合持续加速，有效推进稀土资源优势互补及企业间协作发展，提升行业集中度，加强对稀土产品价格的话语权，带动上下游产业链健康发展。
第二，下游消费持续提振，稀土需求韧性十足。稀土下游消费以磁材领域占比最大，随着新能源汽车、工业电机、风电等战略性产业蓬勃发展，将加速对稀土产品的需求。作为发展新兴产业和国防军工不可或缺的关键元素，稀土终端产品价值快速提升，将带动整个稀土行业进入高质量发展周期。
第三，供需双振，稀土及磁材价格有望开启上涨。2022年，稀土价格指数历经了两段快速下滑，由2022年初时最高的431点跌落至9月份最低的249点。到2022年第四季度，随着下游消费预期好转，厂商备货意愿强烈，稀土产品价格已处于稳步回升状态。当下，稀土行业供给持续严控，需求快速提振，整体稀土及磁材价格中枢有望上移。
责任编辑：郭亮）

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