考虑消费者异质性的动力电池回收闭环供应链定价决策

doi:10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2024.1711

摘要/Abstract

摘要：

动力电池作为电动汽车的核心部件，其使用寿命维持在5~8年，未来几年内将会有大量退役动力电池涌入回收市场，考虑到退役动力电池潜在利用价值，其有效的回收处理是亟待解决的问题。本文从闭环供应链视角，考虑消费者异质性以及旧电池回收处理过程，构建制造商不同联盟模式下的回收闭环供应链博弈模型，分别在制造商和回收商进行旧电池梯次利用情形下，分析了制造商不同联盟策略对供应链系统收益的影响，确定了供应链成员最优定价决策，讨论了成本以及梯次利用相关因素对均衡结果的影响。研究发现：（1）制造商与零售商联盟促进了新电池的生产与销售，而与回收商联盟促进了旧电池的回收。（2）集中式供应链系统收益最高，而分散式供应链系统收益最低。此外，制造商选择与零售商还是与回收商联盟，受成本因素和梯次利用因素的影响，并且成本因素的影响更为显著。（3）不同旧电池梯次利用主体不会改变供应链系统收益，但在回收商进行梯次利用时，旧电池转移支付降低。本文的研究为动力电池回收策略的制定提供了参考。

关键词: 动力电池回收模式, 闭环供应链, 消费者异质性, 定价决策

Abstract:

As the core component of electric vehicles， power batteries have a service life of 5 to 8 years. In the next few years， a large number of retired power batteries will flood into the recycling market. Considering the potential utilization value of retired power batteries， their effective recycling is an urgent problem to be solved. From the perspective of closed-loop supply chain， consumer heterogeneity and the recycling process of retired batteries are considered， and a recycling closed-loop supply chain game model is constructed under different alliance modes of manufacturers. In the case of secondary utilization of used batteries by manufacturers and recyclers respectively， the impact of different alliance strategies of manufacturers on the benefits of the supply chain system is analyzed， the optimal pricing decision of supply chain members is determined， and the impact of cost and secondary utilization related factors on the equilibrium results is discussed. The results show that：（1） the alliance between manufacturers and retailers promotes the production and sales of new batteries， while the alliance with collectors promotes the recycling of used batteries；（2） the centralized supply chain system has the highest benefits， while the decentralized one has the lowest benefits. In addition， manufacturers’choice of alliance with retailers or recyclers is affected by the factors of cost and secondary utilization， and the cost factors is more significant；（3） different entities for the secondary utilization of used batteries will not change the benefits of the supply chain system， but the transfer payment will be reduced when collectors carry out secondary utilization. This study provides a reference for the development of recycling strategies for power batteries.

Key words: power battery recycling model, closed-loop supply chain, consumer heterogeneity, pricing decision

中图分类号:

F714

李晓冰, 王煜钧, 蒋炜. 考虑消费者异质性的动力电池回收闭环供应链定价决策[J]. 中国管理科学, 2025, 33(2): 279-291.

Xiaobing Li, Yujun Wang, Wei Jiang. Pricing Decision of Closed-loop Supply Chain for Power Battery Recycling Considering Consumer Heterogeneity[J]. Chinese Journal of Management Science, 2025, 33(2): 279-291.

图/表 6

图1

表1

符号说明"

符号	定义
参数
$θ$	消费者新电池支付意愿，服从[ $0,1$ ]均匀分布
$q$	消费者旧电池健康状态，服从[ $0, a$ ]均匀分布， $a$ 为旧电池最大健康状态且 $a ∈ (0,1]$
$b$	单位旧电池梯次利用收益
$c n$	新电池单位制造成本（原材料成本）
$c m$	旧电池拆解所得再生材料制造新电池单位成本（再生材料成本）
$Δ$	再生材料制造新电池节约成本
$τ$	单位旧电池中可梯次利用概率
决策变量
$w n$	新电池批发价格
$p n$	新电池零售价格
$p c$	旧电池回收价格
$p b$	旧电池转移支付价格
函数
$U n / U r$	新电池购买/旧电池回收效用
$Q n / Q r / Q u$	新电池购买/旧电池回收/旧电池继续使用数量
$Π j i$	第 $i$ 种回收模式下供应链成员 $j$ 的利润， $i ∈ A, B, C, D$ 分别表示四种不同回收模式， $j ∈ M, R, C, U, S$ 分别表示制造商、零售商、回收商、联盟、供应链系统

表1

表2

不同回收模式下的均衡结果"

参数	模式A	模式B	模式C	模式D
$w n$	$-$	$-$	$16 c n - (2 Δ + a b τ - 4) (2 Δ + a b τ + 4) 32$	$32 + 32 c n - (2 Δ + a b τ) 2 64$
$p n$	$16 c n - (2 Δ + a b τ - 4) (2 Δ + a b τ + 4) 32$	$32 + 32 c n - (2 Δ + a b τ) 2 64$	$48 + 16 c n - (2 Δ + a b τ) 2 64$	$96 + 32 c n - (2 Δ + a b τ) 2 128$
$p c$	$2 Δ + a b τ 4$	$2 Δ + a b τ 8$	$2 Δ + a b τ 4$	$2 Δ + a b τ 8$
$p b$	$-$	$2 Δ + a b τ 4$	$-$	$2 Δ + a b τ 4$
$Q n$	$16 - 16 c n + (2 Δ + a b τ) 2 32$	$32 - 32 c n + (2 Δ + a b τ) 2 64$	$16 - 16 c n + (2 Δ + a b τ) 2 64$	$32 - 32 c n + (2 Δ + a b τ) 2 128$
$Q r$	$(2 Δ + a b τ) (16 - 16 c n + (2 Δ + a b τ) 2) 128$	$(2 Δ + a b τ) (32 - 32 c n + (2 Δ + a b τ) 2) 512$	$(2 Δ + a b τ) (16 - 16 c n + (2 Δ + a b τ) 2) 256$	$(2 Δ + a b τ) (32 - 32 c n + (2 Δ + a b τ) 2) 1024$
$Π S$	$(16 - 16 c n + (2 Δ + a b τ) 2) 2 1024$	$(16 c n - 16 - (2 Δ + a b τ) 2) (32 c n - 32 - (2 Δ + a b τ) 2) 2048$	$3 (16 - 16 c n + (2 Δ + a b τ) 2) 2 4096$	$(96 c n - 96 - 5 (2 Δ + a b τ) 2) (32 c - 32 - (2 Δ + a b τ) 2) 16384$

表2

图2

图3

图4

参考文献 43

1	Ma S， Xu J， Fan Y. Characteristics and key trends of global electric vehicle technology development： A multi-method patent analysis［J］. Journal of Cleaner Production， 2022，338：130502.
2	中华人民共和国国家发展和改革委员会，新能源汽车产业发展规划（ 2021—2035年）［EB/OL］. （2021-11-01）［2024-09-29］. .
	National Development and Reform Commission. New energy vehicle industry development plan （2021-2035）［EB/OL］. （2021-11-01）［2024-09-29］. .
3	艾媒咨询.2024-2025年全球及中国新能源汽车行业消费趋势监测与案例研究报告［EB/OL］.（2024-01-03）［2024-09-29］. .
	Research iiMedia. 2024-2025 Consumption trend monitoring and case study report of global and China’s new energy automobile industry ［EB/OL］. （2024-01-03）［2024-09-29］. .
4	中商产业研究院.2024年中国动力电池回收市场规模、企业数量及区域分布情况分析［EB/OL］.（2024-07-04）［2024-09-29］. .
	Zhongshang Industry Research Institute. Analysis of the scale， number of enterprises， and regional distribution of China’s power battery recycling market in 2024［EB/OL］. （2024-07-04）［2024-09-29］..
5	中华人民共和国工业和信息化部.《新能源汽车动力电池综合利用管理办法（征求意见稿）》公示［EB/OL］.（2023-12-15）［2024-09-29］. .
	Ministry of Industry and Information Technology of the People’s Republic of China. Notice of the measures for the comprehensive utilization and administration of new energy vehicle power batteries （draft for public comments）［EB/OL］. （2023-12-15）［2024-09-29］..
6	Zhang C， Chen Y， Tian Y. Collection and recycling decisions for electric vehicle end-of-life power batteries in the context of carbon emissions reduction［J］. Computers & Industrial Engineering， 2023，175：108869.
7	Sun B， Su X， Wang D， et al. Economic analysis of lithium-ion batteries recycled from electric vehicles for secondary use in power load peak shaving in China［J］. Journal of Cleaner Production， 2020，276：123327.
8	张川，田雨鑫，崔梦雨.电动汽车动力电池制造商混合渠道回收模式选择与碳减排决策［J］．中国管理科学， 2024，32 （6）： 184-195.
	Zhang C， Tian Y X， Cui M Y. Selection of hybrid channel recycling modes and carbon emission reduction decisions for the electric vehicle battery manufacturer［J］. Chinese Journal of Management Science， 2024，32 （6）： 184-195.
9	Official Journal of the European Union. Regulation（EU） 2023/1542of the European parliament and of the council ［EB/OL］. （2023-07-28）［2024-09-29］. .
10	谢隽阳，乐为，郭本海.基于生产者责任延伸的新能源汽车动力电池回收帕累托均衡［J］.中国管理科学，2022，30（11）：309-320.
	Xie J Y， Le W， Guo B H. Pareto equilibrium of new energy vehicle power battery recycling based on extended producer responsibility［J］. Chinese Journal of Management Science， 2022，30（11）：309-320.
11	Gu X， Ieromonachou P， Zhou L. Subsidising an electric vehicle supply chain with imperfect information［J］. International Journal of Production Economics， 2019，211：82-97.
12	王文宾，刘业，钟罗升，等.补贴-惩罚政策下废旧动力电池的回收决策研究［J］.中国管理科学，2023，31（11）：90-102.
	Wang W B， Liu Y， Zhong L S. Research on recovery decision of waste power battery under subsidy-penalty policy［J］. Chinese Journal of Management Science，2023，31（11）：90-102.
13	Gu X， Zhou L， Huang H， et al. Electric vehicle battery secondary use under government subsidy： A closed-loop supply chain perspective［J］. International Journal of Production Economics， 2021，234：108035.
14	冯中伟，晁乾坤，谭春桥.考虑动力电池回收的电动汽车制造商竞争与竞合策略选择［J］.系统工程理论与实践，2024，44（2）：625-653.
	Feng Z W， Chao Q K， Tan C Q. The strategy choice between competition and co-operation for electric vehicle manufacturers with battery recycling［J］. Systems Engineering-Theory and Practice， 2024，44（2）：625-653.
15	焦建玲，潘正涛，李晶晶.考虑再利用的经济效益与排放效率的动力电池回收模式选择［J］.中国管理科学，2024，32（11）：201-213.
	Jiao J L， Pan Z T， Li J J. Selection of power battery recycling model considering economic benefits of reuse and emission efficiency［J］. Chinese Journal of Management Science，2024，32（11）：201-213.
16	Feng Z， Li F， Tan C. Supplier development or supplier integration？Equilibrium analysis in competing electric vehicle supply chains with power battery recycling［J］. Expert Systems with Application， 2024，238：121519.
17	Han X， Shen Y， Bian Y. Optimal recovery strategy of manufacturers： Remanufacturing products or recycling materials？［J］. Annals of Operations Research， 2020，290（1）：463-489.
18	Esenduran G， Lin Y， Xiao W， et al. Choice of electronic waste recycling standard under recovery channel competition［J］. Manufacturing and Service Operations Management， 2020， 22（3）：495-512.
19	Savaskan R C， Bhattacharya S， Van Wassenhove L N. Closed-loop supply chain models with product remanufacturing［J］. Management Science，2004，50（2）：239-252.
20	Miao Z， Ke F， Xia Z， et al. Models for closed-loop supply chain with trade-ins［J］. Omega，2017，66：308-326.
21	Raz G， Souza G C. Recycling as a strategic supply source［J］. Production and Operations Management，2018，27（5）：902-916.
22	唐娟，李帮义，龚本刚，等.考虑企业社会责任的零售商回收型闭环供应链决策与协调研究［J］.中国管理科学， 2023， 31（11）：228-237.
	Tang J， Li B Y， Gong B G， et al. Decision and coordination of the retailer recycling closed-loop supply chain considering corporate social responsibility［J］. Chinese Journal of Management Science， 2023，31（11）：228-237.
23	饶卫振，常悦，刘鹏.新能源汽车动力电池协作回收模式及运营方法研究［J］.中国管理科学，2023，DOI：10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2023.0112 .
	Rao W Z， Chang Y， Liu P. Research on cooperative recycling operation method of new energy vehicle power battery［J］. Chinese Journal of Management Science，2023，DOI：10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2023.0112 .
24	Cao X， Yuan P， Wen H， et al. Pricing and recycling decisions of remanufacturing alliances with third-party recycling platform［J/OL］. Annals of Operations Research..
25	Yang L， Hu Y， Huang L. Collecting mode selection in a remanufacturing supply chain under cap-and-trade regulation［J］. European Journal of Operational Research， 2020，287（2）：480-496.
26	武文琪，张明.碳限额交易与补贴政策下动力电池闭环供应链决策分析［J］.中国管理科学，2024，DOI：10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2023.1828 .
	Wu W Q， Zhang M. Decision-making analysis of power battery recycling under carbon cap-and-trade mechanism and subsidy policy［J］. Chinese Journal of Management Science，2024，DOI：10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2023.1828 .
27	Rahmani M， Gui L， Atasu A. The implications of recycling technology choice on extended producer responsibility［J］. Production and Operations Management， 2020，30（2）：522-542.
28	Feng Z， Luo N， Shalpegin T， et al. The influence of carbon emission reduction instruments on blockchain technology adoption in recycling batteries of the new energy vehicles［J］. International Journal of Production Research， 2024，62（3）：891-908.
29	冯章伟，杜碧升，于志勇，等．区块链驱动的新能源汽车动力电池回收与溯源技术投入策略研究［J］．中国管理科学，2024，DOI：10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2023.0319 .
	Feng Z W， Du B S， Yu Z Y， et al. Recycling and traceability technology introducing strategy of new energy vehicles’power battery driven by blockchain［J］. Chinese Journal of Management Science，2024，DOI：10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2023.0319 .
30	刘珊，陈东彦.考虑CSR投入闭环供应链的制造商回收伙伴选择及协调［J］.管理工程学报，2021，35（6）：163-175.
	Liu S， Chen D Y. The recycling partner selection for manufacturer and coordination of closed-loop supply chain considering CSR investment［J］. Journal of Industrial Engineering and Engineering Management， 2021，35（6）：163-175.
31	郑本荣，杨超，杨珺.回收渠道竞争下制造商的战略联盟策略选择［J］.系统工程理论与实践，2018，38（6）：1479-1491.
	Zheng B R， Yang C， Yang J. Manufacturer’s optimal alliance strategy in closed loop supply chains in the presence of competing recycling channels［J］. Systems Engineering-Theory and Practice， 2018，38（6）：1479-1491.
32	Lin J， Zhang J， Cheng T C E. Optimal pricing and return policy and the value of freight insurance for a retailer facing heterogeneous consumers with uncertain product values［J］. International Journal of Production Economics， 2020，229：107767.
33	Bai X M Choi T M， Li Y J， et al. Implementing trade‐in programs in the presence of resale platforms： Mode selection and pricing［J］. Production and Operations Management， 2023，DOI：10.1111/poms.14030 .
34	Li Y， Li K P， Gharehgozli A. Optimal return and refund polices for perishable food items with online grocery shopping［J］. International Journal of Production Research， 2022，61（19）：6519-6532.
35	Guo X L， Li X S， Ban J S， et al. Deposit or reward： Express packaging recycling for online retailing platforms［J］. Omega， 2023，117：102828.
36	肖旦，聂珊珊.回收商相互竞争下闭环供应链成员的竞合策略［J］.系统工程学报，2021，36（6）：833-850.
	Xiao D， Nie S S. Members’co-opetition strategy in closed-loop supply chains with competing recyclers［J］. Journal of Systems Engineering， 2021，36（6）：833-850.
37	Ma Z， Zhang N， Dai Y， et al. Managing channel profits of different cooperative models in closed-loop supply chains［J］. Omega， 2016，59：251-262.
38	Wang Z， Wu Q. Carbon emission reduction and product collection decisions in the closed-loop supply chain with cap-and-trade regulation［J］. International Journal of Production Research， 2020（1）：1-25.
39	中国电池工业协会.总投资120亿元！欣旺达与东风汽车合资电池项目迎最新进展［EB/OL］.（2024-09-10）［2024-09-29］. .
	China Battery Industry Association. Total investment of 12 billion Yuan！Sunwoda and Dongfeng Motor’s joint venture battery project makes new progress ［EB/OL］. （2024-09-10）［2024-09-29］. .
40	电池工业.“宁王”电池回收基地，30万吨项目即将投产［EB/OL］.（2024-10-09）［2024-09-29］. .
	Battery Industry. CATL battery recycling base： A 300，000 ton capacity project poised to commence operations ［EB/OL］. （2024-10-09）［2024-09-29］. .
41	中国证券报.比亚迪：2024年上半年净利润136.31亿元同比增长24.44% ［EB/OL］.（2024-8-29）［2024-09-29］..
	China Securities Journal. BYD： Net profit of 13.631 billion Yuan in the first half of 2024， a year-on-year increase of 24.44% ［EB/OL］. （2024-8-29）［2024-09-29］. .
42	腾讯网. 15年动力电池成本下降90%，3年后电车生产成本有望低于燃油车［EB/OL］.（2024-9-02）［2024-09-29］..
	Tencent. Power battery costs have fallen by 90% over the last 15 years； EV production costs expected to be lower than gasoline vehicles within 3 years ［EB/OL］. （2024-9-02）［2024-09-29］. .
43	中研网， 2024年电池回收产业现状及未来发展趋势分析［EB/OL］. （2024-9-12）［2024-09-29］. .
	CIRN. Analysis of the current status and future development trends of the battery recycling industry in 2024 ［EB/OL］. （2024-9-12）［2024-09-29］. .

[1]	陶毅,杨锐思,林强,王帆. 考虑竞争与风险规避行为的电商供应链融资与定价决策模型[J]. 中国管理科学, 2024, 32(7): 190-200.
[2]	王文宾,刘业,全诗苑,钟罗升,吕佳. 双销售渠道闭环供应链的政府补贴模式研究[J]. 中国管理科学, 2024, 32(7): 258-269.
[3]	张川,田雨鑫,崔梦雨. 电动汽车动力电池制造商混合渠道回收模式选择与碳减排决策[J]. 中国管理科学, 2024, 32(6): 184-195.
[4]	李锋,王倩妮. 双寡头竞争环境下迭代产品上市时间和定价问题[J]. 中国管理科学, 2024, 32(6): 240-254.
[5]	洪江涛,全禹亭. 基于以旧换新和供应链结构差异的闭环供应链决策模型[J]. 中国管理科学, 2024, 32(5): 147-157.
[6]	王道平,张可,周玉. 政府奖惩下考虑回收率动态随机的闭环供应链微分博弈[J]. 中国管理科学, 2024, 32(5): 158-170.
[7]	黄春香,李登峰. 基于非合作-合作两型博弈且押金返还回收商的闭环供应链定价与利润分配研究[J]. 中国管理科学, 2024, 32(2): 166-177.
[8]	丁军飞, 浦徐进, 曹雨馨, 李静. EPR制度下新能源汽车闭环供应链的回收成本分担机制研究[J]. 中国管理科学, 2024, 32(12): 257-268.
[9]	焦建玲, 潘正涛, 李晶晶. 考虑再利用的经济效益与排放效率的动力电池回收模式选择[J]. 中国管理科学, 2024, 32(11): 201-213.
[10]	王竟竟, 许民利. 回收目标责任制下闭环供应链的定价及以旧换新策略研究[J]. 中国管理科学, 2024, 32(11): 298-311.
[11]	王道平,梁思涵,朱梦影. 考虑智能回收和声誉的闭环供应链决策研究[J]. 中国管理科学, 2024, 32(10): 244-255.
[12]	秦晓彤,牟宗玉,储涛,钟永光. 网购偏好和零售服务影响闭环供应链的销售及回收策略研究[J]. 中国管理科学, 2024, 32(1): 187-199.
[13]	余德建,盛丽博,李登峰. 基于主路径的闭环供应链领域知识演化研究[J]. 中国管理科学, 2023, 31(12): 138-148.
[14]	唐娟,李帮义,龚本刚,刘志,朱晓东. 考虑企业社会责任的零售商回收型闭环供应链决策与协调研究[J]. 中国管理科学, 2023, 31(11): 228-237.
[15]	吴岩, 徐贤浩, 陈程. 考虑学习效应的可复用物流容器供应链的最优运作决策研究[J]. 中国管理科学, 2023, 31(1): 104-112.