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本文引用信息
张川, 田雨鑫, 李灿灿. 碳限额与交易政策下电动汽车动力电池制造商梯次利用决策[J]. 控制与决策,2024, 39(6): 2051-2059.
2024年第6期封面文章推荐
碳限额与交易政策下电动汽车动力电池制造商梯次利用决策
张川，田雨鑫，李灿灿
贡献：
本文针对由一个动力电池制造商、一个零售商和一个梯次利用商组成的闭环供应链，提出了碳限额交易政策下电动汽车动力电池制造商梯次利用决策，主要贡献如下：
1）现有关于梯次利用的定量研究相对有限，缺少对作为动力电池回收责任主体动力电池制造商应在什么条件下开展梯次利用业务的问题研究，本文弥补了该研究空白。
2）既有动力电池回收利用研究大多假设所回收的电池均可梯次利用或全部直接拆解提取原料制造新动力电池而不进行梯次利用，而实际中，退役动力电池是具有差异性的，只有部分是能够梯次利用的。本文研究基于的情景是回收的退役电池部分可梯次利用，更符合现实场景。
3）碳排放限额交易政策对产品定价和减排决策有很大的影响，将该政策应用于电动汽车行业是大势所趋，是不可忽视的现实背景。本文基于此政策背景，对电动汽车动力电池制造商梯次利用决策进行探究。
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研究背景
近年来，我国为实现“碳中和、碳达峰”绿色发展目标大力推广电动汽车。2021年我国电动汽车销量超350万辆，市场份额飙升至13.4%。尽管电动汽车具有节能环保等优点，但其动力电池生产制造过程会排放大量CO2，与电动汽车推广初衷背道而驰。据孙逢春院士估算，生产一辆燃油汽车碳排放量是9.2吨，生产一辆三元锂电池汽车碳排放量为14.6吨，而生产一辆磷酸铁锂电池汽车则达14.7吨。主流动力电池制造企业已经在其产业链上实行碳减排措施，如宁德时代在采购过程中把物料碳排放量作为首要考虑因素，不断提高对其供应商在材料减碳方面的要求。政府碳限额与交易政策规定了动力电池制造商碳配额，有效地限制了制造商碳排放。此外，“低碳标识”愈发成为人们选购商品时的重要考虑因素，消费者低碳意识对产品需求和企业利润产生一定影响，碳减排能够增加产品需求。然而，动力电池制造商实施碳减排技术需付出成本，权衡该技术带来的收益与成本是制造商的一个考虑因素。
动力电池需求量随电动汽车产销量水涨船高，造成未来动力电池“退役潮”，如何有效回收利用大规模退役动力电池是目前电动汽车产业发展的一大痛点。据2019年工信部发布的《新能源汽车动力蓄电池回收利用调研报告》，我国动力电池累计配套量超131Gwh，规模居世界第一。按动力电池正常寿命是5-8年估算，预计2025年其退役量将达78万吨。动力电池是一种易燃易爆危险化学品，内部含有大量重金属和有毒电解质，若不能有效回收，将带来严重的安全和环境污染问题；其中的镍、锂、钴等贵重金属若不能再利用，还会造成严重资源浪费和经济损失。不同于普通电池，动力电池退役后，可送往其梯次利用企业进行梯次利用，这是极大发挥退役动力电池价值的有效途径。梯次利用是指当动力电池剩余电量低于70%时，通过拆解和重组，可用于储能、供电调节、低速电动车等领域，进而促进资源有效利用。据预测，2025年我国年新增梯次利用潜在规模将达33.6 GWh，可见，梯次利用拥有巨大市场潜力。据2021年工信部《新能源汽车动力蓄电池梯次利用管理办法》，我国鼓励动力电池生产商参与退役动力电池回收及梯次利用，因为他们了解自己产品，其开展梯次利用业务具有技术与成本优势。然而，制造商开展梯次利用业务需要大量成本投入（如设备和技术等），且制造商和梯次利用企业在动力电池回收和梯次利用方面存在竞争。鉴于此，本文研究在碳限额与交易下动力电池制造商开展梯次利用业务的条件。
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模型介绍
本文研究由动力电池制造商(主导者)、零售商和梯次利用商组成的闭环供应链，正向链中制造商可使用新购原材料或从报废动力电池中提取的再生材料生产动力电池，然后通过零售商销售给客户；逆向链中零售商和梯次利用商从顾客手中回收退役动力电池。虽然动力电池制造商开展梯次利用业务具有技术和成本优势，但是考虑到从事梯次利用业务带来的成本以及已有梯次利用企业的竞争，动力电池制造商需要决策应该在什么条件下开展梯次利用业务。同时，动力电池制造过程会产生大量碳排放，在碳限额与交易政策下制造商不得不实施碳减排策略，以提高产品绿色度，增加产品需求，在碳交易市场获利，但是投入碳减排技术也带来一定成本。鉴于此，本文构建了两种模式：
(a)模式T
(b)模式MT
图1 两种模式
（1）模式T：制造商不开展梯次利用业务。
零售商将其回收的退役动力电池转移给梯次利用商，梯次利用商将可梯次利用动力电池加工成梯次利用产品进行销售，并负责从梯次利用消费者处回收梯次利用后的报废电池。最后，梯次利用商将不可梯次利用动力电池和梯次利用后的报废电池转移给制造商提取原料以制造新电池。
（2）模式MT：制造商开展梯次利用业务。
零售商将其回收的退役动力电池转移给其制造商，制造商将可梯次利用动力电池加工成梯次利用产品进行销售，并负责从其梯次利用消费者处回收梯次利用后的报废电池，同不可梯次利用退役动力电池一起提取原料以制造新电池。梯次利用商回收的退役动力电池仅供自己梯次利用业务使用，其处理过程和T模式类似。目前，比亚迪、宁德时代等龙头动力电池制造企业参与梯次利用，属于该模式。
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学术见解
本研究的主要学术见解：
第一，当碳限额交易价格较小时，动力电池制造商应提高批发价格，零售商应提高销售价格；反之，动力电池制造商应降低批发价格，零售商应降低销售价格。
第二，动力电池制造商选择开展梯次利用业务时，零售商可以“搭便车”获得更多的收益，此时，零售商应该积极与动力电池制造商合作，回收更多的动力电池交付动力电池制造商进行梯次利用。
第三，制造商开展梯次利用业务并不一定总是最好的选择，制造商选择开展梯次利用业务需要满足以下条件：（1）可梯次利用动力电池比例高于一定阈值。现实中并不是所有退役动力电池都适合梯次利用，例如，三元锂电池。对于这类具有极低的可梯次利用率的动力电池，制造商应选择不开展梯次利用业务。如果供应链生产销售和回收的动力电池为磷酸铁锂电池这类高可梯次利用率的动力电池，制造商适合开展梯次利用业务；（2）制造商为开展梯次业务而投入的成本小于一定阈值。若梯次利用活动时的投入成本大于某一阈值，制造商开展梯次利用的收入可能无法覆盖开展梯次利用业务的成本，所以制造商应不开展梯次利用活动；（3）制造商梯次利用单位收益高于一定阈值且梯次利用商梯次利用单位收益低于一定阈值。梯次利用技术越成熟，梯次的单位收益更高。制造商在开展梯次利用业务前应先重点加大梯次利用技术研发，对自身相对于梯次利用商是否具备梯次利用技术优势做出评估后再决定是否开展梯次利用业务。
最后，站在梯次利用商角度，无论哪种模式下，当其梯次利用技术更成熟时，梯次利用过程中的单位收益更高，有利于动力电池梯次利用闭环供应链发展。因此，梯次利用商应该加大技术研发，不断优化梯次利用技术。
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总结
本文研究丰富了碳限额与交易下动力电池闭环供应链运营策略和梯次利用相关研究，为动力电池回收利用决策提供有意义参考，有助于我国新能源汽车动力电池回收利用体系的建立与完善。然而，考虑到市场和政策环境的复杂性，未来还可以研究多个梯次利用商参与动力电池回收的情形。此外，未来也可以研究碳税、回收奖励和补贴等其他政策对动力电池闭环供应链运营决策和政府碳政策设计的影响。
主要作者介绍
张川，东北大学工商管理学院工业工程系，教授，博士生导师。研究领域包括数据驱动的运营管理、智慧物流与供应链管理、大数据挖掘与预测、可持续运营管理与供应链管理、平台与电子商务运营管理等。
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