考慮區塊鏈的動力電池閉環供應鏈梯次利用模式和回收策略研究

摘 要：文章從考慮電池制造商開展梯次利用業務和引入區塊鏈技術是否可以提高退役電池的梯次利用率角度出發，構建三種以電池制造商主導、整車企業和綜合利用企業跟隨的決策模型，用于探究電池信息可追溯水平等參數對電池制造商梯次利用模式選擇的影響。研究表明，電池制造商開展梯次利用業務對提高電池回收價和總回收量具有正向作用并可讓利于消費者。區塊鏈技術可有效降低回收主體的電池回收價并提高電池回收量。當電池信息可追溯水平和梯次利用率滿足一定要求時，區塊鏈技術的引入才可以有效改善電池制造商開展梯次利用業務的利潤。

關鍵詞：區塊鏈技術；電池回收；梯次利用

中圖分類號：F274；TP311.13 文獻標志碼：A DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2025.04.036

Abstract： From the perspective of considering whether battery manufacturers carry out cascade utilization business and the introduction of blockchain technology to improve the cascade utilization rate of retired batteries， this paper builds three decision models led by battery manufacturers， and followed by vehicle enterprises and comprehensive utilization enterprises， to explore the influence of parameters such as the traceability level of battery information on the selection of cascade utilization model by battery manufacturers. The result shows that the cascade utilization business carried out by battery manufacturers has a positive effect on increasing the battery recycling price and the total recycling amount， and it is beneficial for consumers. Blockchain technology can effectively reduce the battery recycling price of the recycling body and increase the battery recycling amount. When the battery information traceability level and cascade utilization rate meet certain requirements， the introduction of blockchain technology can effectively improve the profits of battery manufacturers to carry out cascade utilization business.

Key words： blockchain technology; battery recycling; cascade utilization

0" " 引" " 言

近年來，為緩解石油能源短缺的巨大壓力，各國開始大力發展新能源汽車行業。截止2023年底，全球新能源汽車全年銷量達1 369萬輛，新能源汽車保有量達2 041萬輛[1]。動力電池是新能源汽車的關鍵組成部分，新能源汽車保有量爆炸性增長將產生大量的退役動力電池。預估計到2030年，中國的退役動力電池總量可達708萬噸[2]。為解決環境問題，中國實施了《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》等政策，明確了開發電池信息管理平臺和可追溯系統[3]。在此指導下，比亞迪、特斯拉、寧德時代、格林美等電池制造相關企業紛紛布局電池回收業務。

一般情況下，當動力電池性能衰減至80％左右時便需要更換。然而，退役的動力電池仍具有較大的剩余價值，一方面，剩余容量較高的退役電池制成梯次利用產品可應用于通信基站等領域；另一方面，退役動力電池中含有大量貴重金屬，對不滿足梯次利用要求的電池進行拆解可提取原材料用于新電池生產。例如，綜合利用企業格林美為比亞迪提供了再生材料[4]。為保障電池梯次利用產品質量，2021年，中國工信部頒布了《新能源汽車動力蓄電池梯次利用管理辦法》[5]，旨在鼓勵動力電池制造企業參與電池的回收和再利用工作。電池制造商雖具有處理電池的技術優勢，但開展梯次利用業務需要購買專用設備和完成相應資質認證等，不僅會增強固定成本投入，還與其他企業存在市場競爭。因此，探究電池制造商開展梯次利用業務的實施條件具有重要意義。

目前，在電池的回收環節存在大量的電池流向非正規處理企業，且在動力電池回收處理環節中存在著產品狀態無法及時追溯等問題。為有效規范動力電池回收處理市場，需要建立有效的電池信息可追溯體系[6]。區塊鏈技術具有數據防篡改、信息透明度高等特性，可確保相關數據安全，并實現產品信息的可溯源管理。謝廷宇等[7]在動力電池儲能交易數據存儲鏈中采用了區塊鏈技術，并通過實踐證明了區塊鏈溯源比傳統溯源在新能源動力電池回收利用上具有更大優勢。區塊鏈技術的投入，可有效降低電池檢測、拆包等過程的電能損耗，提高電池梯次利用率，對開展梯次利用業務的主體利潤具有一定影響。

綜上所述，目前鮮有文獻探討在正向銷售和逆向回收兩渠道并存時，電池制造商的最優梯次利用模式決策。因此，本文引入區塊鏈技術，旨在分析技術投入對產品定價和電池制造商梯次利用模式選擇的影響等決策問題。本文致力解決的問題有：第一，在與綜合利用企業競爭條件下，探究電池制造商開展梯次利用業務的條件；第二，在引入區塊鏈技術可以提高消費者偏好和退役電池的梯次利用率的條件下，探究區塊鏈技術的投入對電池制造商梯次利用模式選擇的影響；第三，探究區塊鏈技術的投入和不同梯次利用決策對退役動力電池逆向回收的影響。

1" " 模型描述與假設

1.1" " 模型描述

電池制造商為供應鏈決策的領導者，決定產品批發價格和再生材料的回收價格。整車企業和電池綜合利用企業具有相同地位，均為決策跟隨者，負責配套產品銷售和退役動力電池的回收處理工作。本文構建了3種閉環供應鏈模型，具體系統結構如圖1所示。

1.2" " 基本假設

假設1：假設未投入區塊鏈技術的動力電池需求函數為D=a-bp。式中，a為市場潛在需求；b為對產品價格的敏感系數。考慮到消費者對電池信息可追溯的偏好，投入區塊鏈技術的電池需求函數為D=a-bp+στ。式中，σ為消費者對電池信息可追溯水平的敏感系數；τ為電池信息可追溯水平（0＜τ＜1），且有a＞bp和b＞σ＞0。

假設2：假設電池制造商和綜合利用企業投入區塊鏈技術的電池回收量分別為qr=h+βpr-λpt+μ1τ和qt=h+βpt-λpr+μ2τ，且不投入區塊鏈技術下τ=0。式中，β為消費者對電池回收價的敏感系數；λ為渠道競爭強度；μ為企業對電池信息可追溯水平的敏感系數。為簡化模型計算，令h=0、μ1=μ2=μ，該假設不會影響分析結果。

假設3：假設電池制造商、整車企業和綜合利用企業投入區塊鏈技術需要向平臺支付的費用，分別用EM、ER和ET表示。

假設4：假設梯次利用產品僅用于發電儲能，且其收益與舊電池剩余電量呈正相關，即v=αL。式中，L為剩余電量，服從均值為μL、標準差為σL2的正態分布；α（α＞0）為相關系數。動力電池制造商和綜合利用企業開展梯次利用業務的單位收益為Vm=v-cmt，Vt=v-ctt。

假設5：假設回收滿足梯次利用的退役動力電池占比為θ，即梯次利用率。隨著區塊鏈技術的投入，建立具有共識機制的電池全生命周期信息存儲鏈，以便于獲取動力電池的狀態信息，從而在一定程度上提高電池的梯次利用率（θ+ητ）。其中，η為電池信息可追溯水平對梯次利用率的影響系數，且0＜η＜1、0＜θ+ητ＜1。具體符號說明如表1所示。

2" " 模型描述與假設

2.1" " 未投入區塊鏈下制造商不開展梯次利用業務（NN模型）

NN模型下，設定電池制造商先決策為w和pl；整車企業決策為p和pr；電池綜合利用企業決策為Ft和pt。在NN模型下，動力電池制造商、整車企業和綜合利用企業的利潤函數如下。

引理1：電池制造商、整車企業和電池綜合利用企業分別以自身利益最大化作為決策目標。在模型NN中，當滿足條件β＞λ＞0時，決策主體存在唯一均衡解。具體表達如下。

式中，*1=△+Vtθ、2=△+Vmθ、ξ1=2β2-λ2、ξ2=β2-βλ、ξ3=4β2-3λ2、ξ4=4β2-λ2、ξ5=6β2-βλ-3λ2、ξ6=12β3-2β2λ-7βλ3+λ3、ξ7=3β2-2βλ-λ2。

2.2" " 未投入區塊鏈下制造商開展梯次利用業務（NB模型）

NB模型下，設定電池制造商先決策為w、pt和Fm；整車企業決策為p和pr；電池綜合利用企業決策為pt。在NB模型下，動力電池制造商、整車企業和綜合利用企業的利潤函數如下。

引理2：電池制造商、整車企業和電池綜合利用企業分別以自身利益最大化作為決策目標。在模型NB中，當滿足條件β＞λ＞0時，決策主體存在唯一均衡解。具體表達如下。

2.3" " 在投入區塊鏈下制造商開展梯次利用業務（YB模型）

該部分決策順序同NB模型。在YB模型下，動力電池制造商、整車企業和綜合利用企業的利潤函數如下。

引理3：電池制造商、整車企業和電池綜合利用企業分別以自身利益最大化作為決策目標。在模型YB中，當滿足條件β＞λ＞0時，決策主體存在唯一均衡解。具體表達如下。

式中，*ξ8=（β-λ）3+μτ、ξ9=（β-λ）4+μτ。

3" " 均衡結果分析

3.1" " 未投入區塊鏈技術下電池制造商梯次利用模式選擇

推論1：DNN=DNB、wNN=wNB、pNN=pNB、plNN=plNB、FtNN＜FtNB、qrNN＜qrNB、qtNN＞qtNB、prNN＜prNB、ptNN＜ptNB、QNN＜QNB。

結果表明，無論動力電池制造商是否開展梯次利用業務，在正向供應鏈中，電池的批發價、汽車售價和電池需求量均相同。這是因為梯次利用活動在逆向供應鏈中，不影響正向供應鏈決策。在開展梯次利用業務后，整車企業和綜合利用企業的電池回收價提高，同時電池的總回收量有所增加。此外，兩種模式下的再生材料回收價是相同的，且模式NB中的電池轉讓價格更高。這是因為電池制造商開展梯次利用業務的單位收益更高，進而會提高電池回收價來搶占市場份額。退役電池再生材料的回收價與電池制造商梯次利用收益無關，價格不變。

推論2：＞0、＞0、＞0、＞0、＞0、＞0、＞0、＜0。

結果表明，退役動力電池的梯次利用比例的增大與梯次利用業務單位收益的增大具有相同作用。隨著梯次利用業務單位收益的增加，電池制造商和綜合利用企業均會通過提高電池回收價來獲得更多的退役動力電池。

推論3：當0＜X1或0＜Fmt＜A時，πMNN＜πMNB。

其中，。

結果表明，當電池制造商開展梯次利用業務所投入的固定成本小于一定的閾值A或渠道競爭強度系數和消費者對回收價的敏感系數滿足0＜X1時，電池制造商開展梯次利用業務所創造的利潤將大于成本投入，有利于開展梯次利用業務。此外，動力電池制造商是否開展梯次利用業務還與自身開展梯次利用業務的單位收益和梯次利用率有關。后文會具體分析。

3.2" " 區塊鏈技術投入對電池制造商開展梯次利用業務的影響

推論4：DNB＜DYB、wNB＜wYB、pNB＜pYB、plNB＜plYB、FmNB＜FmYB、qrNB＜qrYB、qtNB＜qtYB；

當Y2＞0時，prNB＞prYB；當Y3＞0時，ptNB＞ptYB。

其中，，。

結果表明，投入區塊鏈技術對提升電池需求量、批發價和新能源汽車售價均有正向作用。這是因為區塊鏈技術投入下產品信息更加透明，可進一步提升產品需求。區塊鏈技術投入使得電池成本提高，同時產品批發價和新能源汽車的銷售價也均有所提升。電池制造商開展梯次利用業務時，當滿足一定的關系時（Y2＞0，Y3＞0），投入區塊鏈技術才能有效降低動力電池的回收價。投入區塊鏈技術使電池回收主體能夠準確把控電池的使用狀態，有效提升電池的回收量。

推論5：＞0、＞0、＜0、＞0、＞0。

結果表明，退役動力電池的回收量和回收價與η呈正相關；電池制造商的再生材料回收價與η呈負相關。這是因為η的增大與梯次利用業務單位收益的增大具有相同意義。對電池制造商和電池綜合利用企業來說，開展梯次利用業務單位收益的增加，將會提高給下游的廢舊電池回收價，進而獲得更多的退役動力電池。由退役電池的供需關系可知，電池制造商會降低再生材料回收價。

推論6：當E＜τ時，πMNN＜πMYN；當0＜τ＜E時，πMYN＞πMNN。

結果表明，對電池制造商來說，當區塊鏈平臺提供的電池信息可追溯水平大于一定閾值時，電池制造商開展梯次利用業務具有一定優勢。

4" " 數值分析

利用MATLAB進行數值仿真，本文設置模型參數初始值為：a=300、b=0.3、cm=137、cr=125、△=12、Vt=18、Vm=20、σ=0.2、h=0、β=[1，2]、λ=[0.05，0.45]、μ=0.4、θ=0.55、η=0.05、τ=0.3、Fmt=35、EM=20、ER=10、ET=10。

4.1" " 不同參數對電池制造商梯次利用模式選擇的仿真分析

無論電池制造商是否開展梯次利用業務，整車企業的電池最優回收價變化趨勢均大致相同，且會隨著λ的增加而增加、隨著β的增加而降低。同時，電池的總回收量會隨著λ的增加而降低、隨著β的增加而增加。電池制造商開展梯次利用后，退役動力電池總回收量增長明顯。無論電池制造商是否開展梯次利用業務，電池制造商最優利潤均會隨著λ的增加而降低、隨著β的增加而增加，這與動力電池總回收量的變化趨勢大致相同。當X1＞0時，電池制造商在NB模式下獲得最大利潤，即電池制造商選擇開展梯次利用業務。具體如圖2所示。

梯次利用率、電池制造商梯次利用的單位收益和開展梯次利用業務的固定成本的大小可直接影響電池制造商是否開展梯次利用業務。當θ值過低（圖a中θ＜0.5的部分），或電池制造商單位梯次利用收益小于一定閾值（圖b中Vm＜18.9），或開展梯次利用業務的固定成本大于一定閾值（圖c中Fmt＞38）時，不利于電池制造商開展梯次利用業務。具體如圖3所示。

4.2" " 不同參數對動力電池制造商投入區塊鏈決策的影響

在模型其他影響因素確定的情況下，區塊鏈平臺提供的電池信息可追溯水平對改善電池制造商利潤有明顯效果，電池制造商利潤會隨著電池信息可追溯水平的增大而增大。當電池信息可追溯水平滿足一定閾值時，電池制造商開展梯次利用業務的利潤顯著；當電池信息可追溯水平對梯次利用率的影響系數大于一定閾值時，電池制造商可通過投入區塊鏈技術來提升自身利潤。具體如圖4所示。

5" " 結" " 論

動力電池制造商是否開展梯次利用業務不影響正向供應鏈的動力電池產品定價、新能源汽車售價和電池市場需求量。區塊鏈技術的投入會提高動力電池批發價、新能源汽車售價，以及電池市場需求量。電池制造商要開展梯次利用業務需要滿足一定條件，否則就需要采取保守策略。區塊鏈技術的投入在一定程度上提高了電池的梯度利用率并降低了電池回收價，具有改善電池制造商和綜合利用企業利潤的作用。電池制造商的利潤會隨著電池信息可追溯水平系數及其對梯次利用率的影響系數的增大而增大。

本文豐富了區塊鏈技術投入下動力電池閉環供應鏈定價策略和梯次利用模式選擇相關研究，為動力電池回收利用決策提供了有意義的參考。本文的研究不足及拓展方向：第一，需求函數和回收函數為確定型線性需求函數，未來可從消費者效用函數角度出發展開研究；第二，未考慮電池制造商直接從消費者手中回收退役動力電池的情形，未來可從多渠道回收角度出發探討動力電池制造商的梯次利用模式。

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