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这个资源全球都在抢，一条新闻引发中国股市动荡！特斯拉要干什么？

谁也没有想到，今年2月18日路透社发布的一则简单的新闻，会引起股市的动荡。

虽然特斯拉和宁德电池都没有官方表态，但考虑到特斯拉在全球电动汽车行业的明星地位，尤其是其掌门人马斯克不止一次表示未来必须实现动力电池“去钴化”的目标，所以消息一出，立刻就有大批媒体跟进。

“特斯拉弃钴”的传闻迅速传遍国内股市。 2月19日，钴板块中的韩锐钴业、华友钴业、洛阳钼业等均遭遇大幅高开。其中，洛阳钼业H股跌幅近10%； A股钴概念中的瀚瑞钴业、华友钴业当日双双开盘涨停。这种下降趋势持续了好几天，在2月下旬触底后，3月份才出现缓慢改善的迹象。例如，瀚瑞钴2月17日报价91.91元，2月28日报价61.21元，3月6日才恢复至67.46元。

这背后，特斯拉在玩什么游戏？ “钴”在电动汽车中扮演什么角色？

这一切还要从动力电池的历史说起。

文字|何云，展望智库副研究员

1电动汽车沉浮背后电动汽车并不是新时代的产物。早在19世纪末，电池驱动的电动汽车就风靡一时。

19世纪末到20世纪初，欧美国家的街道上出现了电动汽车、内燃机汽车甚至蒸汽汽车。与受气缸振动干扰的燃油汽车和能源效率极低的蒸汽汽车相比，安静、平稳、清洁的电动汽车一度受到市场的欢迎，是当时的明星产品。

发明家爱迪生是电动汽车的坚定支持者，也是镍铁电池的发明者和专利所有者。凭借科学家的身份，爱迪生曾为电动汽车“带了不少货”。正因为如此，镍铁电池通常被称为“爱迪生电池”。

当时，贝克汽车公司生产了一款配备镍铁电池的电动汽车，续航里程约为80公里。

图为配备镍铁电池的电动汽车

镍铁电池，顾名思义，是以氧化镍为正极、铁为负极的可充电电池。 20世纪上半叶，镍铁电池被普遍认为是最具竞争力的储能装置。

然而，美好的时光并没有持续多久。正是一位在爱迪生照明公司工作的工程师颠覆了电动汽车场景，重新定义了汽车生产模式。

1903年，亨利·福特和其他几位投资者创立了福特汽车公司。 1908年，福特T型车问世，开创了通过流水线作业大规模生产汽车的时代，大大降低了内燃机汽车的成本。

最初，福特将T 型车的价格定为850 美元。此后，它就依靠高产量来压低价格，抢占市场。与售价超过1000美元的镍铁电池汽车相比，显然非常具有竞争力。

此后的几年里，内燃机技术不断进步，但包括镍铁电池在内的电动汽车由于成本和性能方面的突出劣势，逐渐被汽车行业边缘化。 20世纪中叶，电动汽车几乎从历史舞台消失。全球汽车工业正式进入内燃机爆发时代。

然而，20世纪70年代，两次石油危机的爆发给全球工业带来了严峻挑战，严重依赖石油的内燃机汽车也未能幸免。在生死存亡之际，传统汽车行业开始寻找新能源替代品。

这段时间，车主们推广镍氢电池，其最大的优点就是安全可靠。通用汽车、丰田汽车等公司均推出了搭载镍氢电池的车型。尤其是在混合动力汽车领域，镍氢电池大放异彩。混合动力汽车的代表车型为——丰田普锐斯，配备镍氢电池。

尽管如此，这一时期的动力电池仍然无法解决汽车的“里程焦虑”问题，生产和使用成本过高。结果，世纪之交，全球电动汽车总共销售了6万辆，仅占6亿辆汽车总数的万分之一。一时间，电动汽车再次上演“全球撤退”。

可见，电动汽车要想重新登上历史舞台，与内燃机汽车竞争，就必须在动力电池的技术选型上另辟蹊径。

这时，锂离子电池出现了。

2019 年诺贝尔化学奖授予了三位对锂电池做出重大贡献的科学家：John B. Goodenough、M. Stanley Whittingham 和Akira Yoshino。组委会给出的获奖理由是“他们创造了一个可充电的世界”。

如今，从手机到笔记本电脑，锂离子电池无处不在。这些重量轻且可充电的电池改变了我们在日常生活中使用化学能的方式，并通过为无数电子设备供电而几乎重塑了电力世界。

锂的特性使其非常适合高能量密度、高电压电池。

简单来说，锂离子电池的工作原理是：锂离子作为电荷载体，通过在正负极之间流动来完成电池的充放电过程。电池放电时，锂离子从负极通过电解液流向正极，充电时则沿相反方向流回。

如今，在电动汽车行业中，经常提到的磷酸铁锂和三元锂电池都属于锂离子电池的范畴。差异主要在于正极材料的“配方不同”，导致能量密度、安全性、成本等方面存在较大差异。

在环保和能源压力下，汽车电动化近年来已成为不可逆转的全球趋势。

尽管动力电池技术取得了长足进步，但还远远不够成熟。 “里程焦虑”、“性价比”、“安全”等老问题依然困扰着行业和消费者。但不可否认的是，以锂离子电池为主的汽车时代已经到来。

2锂离子电池大放异彩由于高能量密度、高工作电压等优点，锂离子电池已成为车用动力电池的主流技术。

一般意义上的电池由正极、负极和电解液三部分组成。由于金属锂与空气和水发生剧烈反应且反应性极强，因此需要嵌入其他材料中以保持稳定性。目前，大多数锂离子电池的负极大多由碳基材料制成，例如石墨。

正极材料的配比多种多样，不同的电池厂商和整车厂商都有自己的“配方”。这就是市场上有多种类型锂离子电池的原因。

其中，NMC和NCA由于成分相似（都含有镍和钴），属于三元锂电池的范畴。

根据镍、锰、钴的比例，镍钴锰（NMC）电池分为111型、523型、622型和811型。例如，NMC811电池正极材料中镍、锰、钴的比例为8:1:1。

可见，这些电池的名称虽然看似晦涩难读，但实际上却把正极材料的成分和用量配比解释得非常清楚。

现在看看特斯拉“脱钴”的消息，就不难理解这家公司要做的就是改变电池正极材料的成分。虽然谜底尚未揭开，但不少业内人士猜测特斯拉正在寻求向磷酸铁锂（LFP）电池转型，因为在三种主流电池技术中，只有LFP电池不含钴。

事实上，近年来汽车动力电池市场的两大派系是磷酸铁锂电池和三元锂电池。

那么，不同的“材料配方”到底意味着什么呢？特斯拉为何放弃现有技术路线，转而采用其他电池？

如下图所示，一块电池一般可以从功率、能量、使用寿命、成本和安全性五个维度来评价。

图为动力电池评价指标

对比两种电池技术路线可以发现，磷酸铁锂电池的优点是安全性高、使用寿命长、成本相对可控。但其缺点是单位体积能量密度较低。

所谓能量密度的通俗解释是“电动汽车一次充电可以行驶多远”。也就是说，磷酸铁锂汽车相对而言“跑不了太远”。相比之下，三元锂电池的能量密度非常好，但其缺点是成本高、安全性差。

据悉，目前电池系统成本在0.6-1元/Wh左右。三元锂电池1元/Wh，磷酸铁锂电池0.6元/Wh左右。虽然未来两者都有下降的空间，但磷酸铁锂电池的成本优势还是比较明显的。

可见，行业和消费者围绕电动汽车的各种质疑，包括安全性、性价比、续驶里程等，实际上与这两种技术路线各自的优缺点密切相关。选择哪种电池取决于电动汽车的哪些特性对汽车制造商和消费者来说更重要。

三元锂电池在续航里程方面具有优势，能够有效缓解里程焦虑，因此乘用车厂商更倾向于选择。相比之下，对高里程不太敏感但安全性要求高的乘用车制造商更青睐磷酸铁锂电池。

例如，2019年在伦敦亮相的Enviro 400双层纯电动公交车，配备了中国比亚迪公司的磷酸铁锂电池，续航里程约为160英里。

图为比亚迪纯电动公交车

在中国，2014年和2015年左右，磷酸铁锂电池的市场份额高达55%-70%。但从2017年开始，随着国家新能源汽车补贴政策向高能量密度电池和高续航里程电动汽车倾斜，加上三元锂电池技术的不断进步，磷酸铁锂电池的市场份额开始下滑。

动力电池应用分会研究部统计显示，2019年上半年，我国新能源汽车动力电池总装机量为30014.37MWh，同比增长94.29%。其中，三元锂电池和磷酸铁锂电池装机量占比分别为71.14%和26.97%，三元锂反超趋势日益明显。

从全球电动汽车的电池组装情况来看，三元锂电池也暂时占据优势。

据麦肯锡咨询统计，三元锂电池占除中国以外的全球其他国家和地区汽车动力电池装机量的90%以上。

预计2020年这一比例将达到98%。尤其是NMC622和NMC811这两种电池型号将迅速占领市场。

图为麦肯锡对未来动力电池装机量的预测

可以想象，未来三元锂电池的技术水平将会不断提高。如果这真是大势所趋，特斯拉为何要放弃现有的技术路线呢？

某种程度上，这种变化的内在动力与三元锂电池必不可少的原材料“钴”密不可分。事实上，特斯拉并不是唯一一家想要摆脱钴的公司。日本电池行业近年来一直致力于“减钴”和“脱钴”。松下已明确表示，将在近期推出完全无钴电池，以应对不断上涨的钴价。

从根本上看，特斯拉的“除钴”反映了整车厂和电池制造商面对快速扩张的电动汽车市场产生的极度“钴资源焦虑”。

3钴资源焦虑钴是什么？钴作为一种用途广泛的金属，在商业、工业和军事等许多领域都具有极高的价值，甚至可以被视为战略资源。

在汽车三元锂电池中，“镍”与车辆的续驶里程密切相关，但镍用量越多，热稳定性越高。 “钴”的添加可以很好地抵消这种不稳定性，防止镍产生的热量导致电池爆炸。

同时，钴还可以在车辆反复充电过程中保护和延长电池寿命。可以说，钴起到了平衡车辆安全性和性能的作用。

除了用于生产动力电池外，钴还出现在燃气轮机合金部件、汽车安全气囊、石化工业催化剂、硬质合金和金刚石工具、耐磨耐腐蚀合金、染料和颜料等众多工业领域。

然而，当前一个严重的问题是全球钴金属资源储量和分布并不乐观。

据美国地质调查局统计，2018年全球探明钴资源储量不足700万吨，产量约14万吨，其中大部分集中在刚果。 2018年，刚果共和国占全球钴产量的64%，占全球钴资源储量的49%。

虽然不排除未来会发现新的钴矿，而钴往往是铜或镍开采的副产品。但从目前的情况来看，全球钴资源仍然十分紧缺。

图为美国地质调查局《全球钴产量和储量统计》

不仅如此，作为全球钴生产大国，刚果民主共和国政局近年来波动频繁，上游产业链能否实现稳定产出尚不明朗。

事实上，刚果的钴矿开采业已经出现了严重的问题。

据英国《每日邮报》报道，2019年底，苹果、谷歌、特斯拉、微软、戴尔五家美国科技巨头被指控在刚果开采钴的过程中剥削童工。

据悉，这些童工在钴矿内基本使用原始工具进行体力劳动，没有任何安全防护装备。由于矿井塌方等原因，已造成5名儿童死亡、11名儿童受伤。

更令人不安的是，未来人类社会对钴资源的需求仍将有增无减。

根据麦肯锡材料研究所和Benchmark Mineral Intelligence 的预测，到2023 年，全球钴需求将至少翻一番，达到21 万吨以上。其中，仅电池制造就将占14万吨，占总需求的三分之二。

图为麦肯锡《全球钴资源需求趋势》

由此来看，全球钴产量必须达到每年10%的增速，才能跟上人类社会的资源需求。

以电动汽车行业为例进行测算，我们可以更直观地发现风险所在。

目前，配备85kWh 电池组的特斯拉大约需要8-10 公斤钴。业内预测，2025年全球电动汽车年产量将增至1300万至1800万辆，2030年达到2600万至3600万辆的高位，是2019年产量的近10倍。

假设所有电动汽车都配备相同的电池组，预计到2025年，仅今年就需要至少10万吨钴来生产电动汽车电池。 2018年全球钴产量仅为14万吨。

更重要的是，与特斯拉争夺钴资源的不仅仅是汽车行业。苹果、三星、微软等跨国科技巨头都是电池市场的主要客户。

在此期间，如果上游钴资源开采发生变化，可能会打破预期的供需平衡；另一方面，如果下游电池技术没有重大突破，或者出现其他需要大规模使用三元锂电池的设备场景，钴资源也将出现严重的供应短缺。

从成本角度来看，该公司“除钴”背后是一个并不那么复杂的算术问题。

据测算，目前电池组约占整车成本的40%左右，其中三元锂电池正极材料占电池组成本的40%。其中，目前全球锂、钴、镍的平均价格比为3:6:1，其中钴的使用成本最高。

近两年，在供需影响下，钴价也有所上涨。美国地质调查局数据显示，美国现货市场钴价已从2014年约14美元/磅上涨至2018年38美元/磅。

在引发中国股市钴板块大幅波动的路透消息中，内部人士也明确提到了这一信息：“特斯拉正在与中国电池制造商沟通，以提供更便宜的现有动力电池替代品，据悉，新电池的成本降低将达到两位数。”

早在2018年，马斯克就表示将把下一代电池的钴含量“削减到零”。

目前，国产特斯拉的量产进程正在上海超级工厂快速推进。为了在中国竞争异常激烈的电动汽车市场中获得最大份额，尤其是在与宝马、戴姆勒等咄咄逼人的传统豪华汽车品牌的正面交锋中，特斯拉的产品面临着巨大的降低成本压力。

正是基于“无钴”、“降低成本”等线索，不少媒体和业内人士认为，特斯拉可能正在大规模推广磷酸铁锂电池。

这样的猜测虽然不无道理，但并不靠谱。

路透社消息中有这样一句话：“目前尚不清楚特斯拉将在多大程度上采用磷酸铁锂电池，但制造商没有计划放弃使用镍钴铝（NCA）电池。”

可见，放弃一条技术路线并不容易。现在判断哪种技术路线会获胜还为时过早。

4

我们需要什么样的电池？

近年来，动力电池市场十分活跃。

一方面，磷酸铁锂和三元锂电池技术分别取得了长足的进步，两条路线固有的优缺点正在慢慢被消除。

在三元锂电池方面，高镍化的趋势已经非常明显。 NCM811因其更高的能量密度和更低的钴含量而被广泛认为是锂离子电池的未来。 2017年下半年以来，宁德时代、国轩高科等国内主要电池厂商纷纷加码NCM811电池的研发和生产。

磷酸铁锂电池近年来也开始流行。比亚迪前不久推出的“刀片电池”，就是将电池做成刀片形状，堆叠起来使用。据悉，它可以在一定程度上解决磷酸铁锂电池能量密度低的问题。

另一方面，所谓的路线之战远不仅限于磷酸铁锂和三元锂电池。许多新技术正在不断发展。

固态电池就是一个例子。所谓固态电池，就是采用固体正负极和固体电解质，不含任何液体，所有材料均由固体材料组成的电池。在安全性和能量密度方面具有很强的竞争力。

目前，丰田、宝马、雷诺、日产和三菱均宣布正在探索加速固态电池技术开发和测试的方法。就连最初并不看好纯电动汽车的丰田也在积极推动固态电池的落地。

据悉，搭载最新固态电池技术的丰田电动汽车将在2020年东京奥运会上亮相，并可在2025年左右实现量产。

技术进步永无止境。

无论企业、消费者还是政策制定者立场不同，在评估和选择技术路线时也应谨慎。

首先，技术发展的节奏和速度有其自身的规律。尤其是对于动力电池技术来说，一味追求速度可能会适得其反。

众所周知，芯片技术发展非常快。这是因为它遵循摩尔定律——。集成电路上可容纳的晶体管数量每18个月就会增加一倍，相应的性能也会增加一倍。

但动力电池技术并不适用本法。因此，电池技术的进步远远慢于芯片等领域。因此，无论是追求提高能源密度，还是“减少配置”降低成本，一味追求速度不仅浪费时间，还可能带来隐患。

全球范围内，因过度追求高能量密度、高充电倍率而引发安全事故的案例屡见不鲜，值得我们警惕。

其次，作为搭载民用汽车的动力电池，技术路线的选择要围绕应用场景进行。

换句话说，普通消费者需要什么样的电池取决于汽车的行驶地点和使用地点。

比如，我国刚开始推动新能源汽车发展时，技术瓶颈是主要矛盾，里程焦虑成为阻碍消费者购买、阻碍产业落地的重要因素。因此，补贴政策一度向高能量密度、续驶里程方向倾斜，三元锂电池逆势反超。

如今，随着电池技术的快速进步和市场的快速普及，行业和消费者对新能源汽车的使用场景有了更加清晰的认识。

例如，在城市地区，许多家庭选择新能源汽车作为自己的“第二辆车”，主要用于老人出行或接送孩子上下学。在这种情况下，如果所有电动汽车都花大量的钱去追求高续航能力，那就不符合消费者的需求了。

在此情况下，我国新能源汽车产业政策弱化了能量密度指标。其背后的驱动力是让技术回归市场和应用。

三是从更加宏观的能源安全角度着力审视产业技术路线。

从全球汽车动力燃料的演变轨迹可以看出，驱动行业方向的力量往往来自于能源供应结构的变化。

多元化是当今大多数国家和地区能源战略的重要基点。新能源汽车的出现和发展与这个起点密切相关。

国际能源署2011年发布的《电动汽车与插电式混合动力汽车技术路线图》预测，全球汽车工业将在未来很长一段时间内继续保持多种燃料模式并存：到2050年，插电式混合动力、纯电动和氢燃料电池作为最重要的三大技术路线，将与压缩天然气、传统汽油车等分享全球乘用车市场份额。

这还只是能量水平。从上游原材料的角度来看，很多技术路线可以根据成分和比例进行细分。尤其是在各国大力推广电动汽车的时期，锂、钴等金属的地位与产业战略资源无异。

从企业角度来看，特斯拉的“脱钴”或许只是商人的算计。

但从国家产业安全、资源安全角度看，“钴事件”并非小事，应引起高度重视。

比特币“挖矿”：能耗黑洞！

视觉中国

2016年8月，一个比特币“矿场”在四川甘孜州开业。

期待分得一杯羹的人们纷纷涌向“矿厂”，加入“开采”金块的热潮。与此同时，比特币“挖矿”惊人的电力消耗引发关注。

能源价格比较服务网站PowerCompare.co.uk的研究显示，2017年比特币“挖矿”用电量超过29.05太瓦时（1太瓦时相当于1亿千瓦时电量），超过了全球159个国家的年平均用电量。整个爱尔兰（人口477万）每年的电力消耗仅为25太瓦时。

近日，有报道称，云南省昆明市一社区居民从事比特币“挖矿”，导致社区大面积跳闸，烧毁变压器，损坏400多米电缆。

为什么比特币挖矿要消耗这么多电力？

集成电路功耗是根本原因“比特币矿机本质上是一种特殊的计算机。”清华大学信息技术研究院副院长曹俊伟在接受科技日报记者采访时表示。

这种特殊的计算设备如何挖掘比特币？

在比特币的世界中，大约每10 分钟就会记录一个数据块。所有挖矿计算机在尝试打包这个数据块的同时完成提交任务，谁成功生成这个数据块，谁就将获得比特币奖励。矿机的算力越强，“挖矿”速度越快，挖到比特币的概率就越高。

现在比特币“挖矿”正在从“矿工”单独工作走向“团队挖矿”时代，即通过“矿池”“挖矿”。如果你的矿机算力占整个“矿池”算力的五分之一，而“矿池”一天能挖到5个比特币，那么你就可以获得1个比特币。

在与时间赛跑的“挖矿”背后，电费是不可忽视的重要成本。有“矿工”算了一笔账：按照矿机每天运行24小时可以挖出0.0018个比特币计算，556天就可以挖出1个比特币。他的矿机功率为1350瓦，1000瓦功率的矿机每小时用电约一千瓦时。两台矿机每天耗电32.4千瓦时，每天电费16.8元。也就是说，开采一枚比特币需要花费9367元。

“从根本上来说，这是集成电路的功耗问题。”曹俊伟告诉科技日报记者，从硬件角度来看，电路本身就消耗电力，而比特币矿机对算力的要求比较高。进行大规模“挖矿”时，矿机相对集中，总耗电量自然就大。

吸电“狂魔”不只有挖矿机事实上，除了比特币“挖矿”之外，有关计算设备功耗惊人的新闻也很常见。

比如超级计算机。报道显示，天河二号超级计算机每年产生的电费接近1亿元，相当于一个中小城市一年的用电量。 “神威·太湖之光”超级计算机每年消耗约15兆瓦时的电力，相当于三所清华大学的用电量。耗电量依然惊人。

另一个例子是数据中心。中国数据中心节能技术委员会秘书长吕天文在接受科技日报记者采访时表示，2016年我国数据中心总用电量突破1100亿千瓦时，超过2016年三峡大坝发电总量，较2015年增长11.7%。

“数据中心的能耗包括四个部分，IT设备、供配电系统、新风冷却系统和其他。”陆天文告诉科技日报记者，IT设备用电量约占总用电量的50%，新风制冷系统约占35%-40%，供配电系统约占15%-18%。

卢天文介绍，PUE（电源使用效率）是衡量数据中心能源效率的重要指标。是数据中心设备总能耗除以IT设备能耗得出的数值。目前国内数据中心的平均PUE水平在2以上，这意味着非IT设备的功耗超过了IT设备本身的功耗。

“在数据中心，大量的能源消耗发生在非IT设备上，大量的电力被浪费。”卢天文告诉科技日报记者，供配电系统、制冷系统在节能方面潜力巨大。例如，新风制冷系统占整个能耗的35%-40%。经过节能改造优化调整，可节省能耗10%-20%。全国范围内，可节省电费100亿至200亿元。

突破摩尔定律限制成为关键但卢天文坦言，在数据中心，IT设备的节能是最根本的。因为IT设备占能源消耗的大部分，而供配电系统、新风制冷系统都是为IT设备服务的。

陆天文为科技日报记者算了一笔账。如果IT设备的功率为1000瓦，那么需要配备1000瓦功率的供配电系统和1000瓦功率的新风冷却系统。每小时总耗电量为3,000瓦时。如果IT设备将能耗降低到500瓦，则需要配备500瓦的供配电系统和500瓦的新风冷却系统，每小时总耗电量为1500瓦时。

这意味着一旦IT设备的能耗下降，整个数据中心的能耗也将大幅下降。

“但目前数据中心节能改造大多集中在供配电系统、制冷系统等非IT设备上，这其实是一个悖论。”卢天文告诉科技日报记者，数据中心一旦投入使用，IT设备的改造将很困难，因为IT设备停机会造成巨大损失。因此，现在通常鼓励数据中心在设计和建设之初就使用性能更好、更节能的IT设备。

那么IT设备的能耗是如何产生的呢？卢天文解释说，数据中心IT设备的“最大能源消耗者”是网络存储设备和服务器，其中网络存储约占能源消耗的60%。过去，机械硬盘的能耗相对较高。现在数据中心越来越多地使用SSD固态硬盘等网络存储技术，可以显着降低这种能耗。

“无论是比特币‘挖矿’、数据中心，还是超级计算机，功耗问题本质上都与最底层的集成电路有关。”在曹俊伟看来，随着芯片技术的发展，单位面积集成电路上的器件越来越多，功能也越来越复杂。与此同时，集成电路单位面积的功耗也越来越高。

曹俊伟介绍，另外，从软件角度来看，它的功耗与算法的设计以及软件的效率有关。从系统层面来说，取决于多个IT设备构建的集群采用什么网络结构，是否高效。从环境因素来看，还涉及到散热、制冷等系统。

至于如何从根本上让这些计算设备不再消耗如此多的电量，从长远来看，恐怕还需要量子计算和新型半导体材料来突破摩尔定律的限制，让计算设备更加高效节能。

堇青石：穷人家的蓝宝石，也被称为“水蓝宝石”

堇青石（堇青石）是一种硅酸盐矿物，可以是无色的，但通常具有浅蓝色或浅紫色光泽。堇青石的颜色与蓝宝石相似，故又称水蓝宝石。由于它具有蓝宝石的颜色和光泽，而且比蓝宝石便宜很多，所以又被昵称为“蓝宝石”。