區(qū)塊鏈賦能下動力電池混合渠道回收體系優(yōu)化研究

摘要：在全球可持續(xù)發(fā)展的大背景下，新能源汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，但新能源汽車動力電池梯次利用問題也愈發(fā)嚴(yán)峻。因缺乏全生命周期追溯體系，電池容量剩余情況不明，阻礙了資源高效利用與環(huán)境保護(hù)，而區(qū)塊鏈技術(shù)憑借其去中心化、不可篡改、可追溯性的特點可以有效解決上述難題。本文基于區(qū)塊鏈技術(shù)的可追溯性，構(gòu)建了涵蓋動力電池制造商、新能源汽車零售商及第三方廢舊電池回收商的供應(yīng)鏈體系，深入探究混合渠道回收策略旨在促進(jìn)資源的高效循環(huán)利用和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，為推動新能源汽車動力電池回收領(lǐng)域的理論創(chuàng)新與實踐融合提供有力支撐。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈技術(shù)；新能源汽車動力電池；梯次利用

中圖分類號：TB"""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A""""" doi：10.19311/j.cnki.16723198.2025.14.081

0 引言

新能源汽車以清潔、環(huán)保的特性成為了交通領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，在我國蓬勃發(fā)展[1]。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，繪制了圖1，我國新能源汽車市場在不斷擴(kuò)大。然而隨著充放電循環(huán)次數(shù)增加，電池健康狀態(tài)逐漸降低[2]，容量下降導(dǎo)致性能無法滿足汽車使用需求，需進(jìn)行更換，退役電池的處理成為我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的重要問題[3]。

若動力電池?zé)o法得到有效處理，將帶來諸多嚴(yán)重危害。一方面，動力電池中含有大量的重金屬和稀有金屬，隨意丟棄或不當(dāng)處理會對土壤、水源等環(huán)境造成嚴(yán)重污染[4]。另一方面，由于動力電池缺乏全生命周期追溯以及電池容量剩余情況不明確，導(dǎo)致回收成本過高，容易造成資源浪費(fèi)[5]。對于電池梯次利用問題，眾多學(xué)者從不同視角進(jìn)行了全面研究。吳思等基于利益相關(guān)與供應(yīng)鏈治理等理論，針對當(dāng)前產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展現(xiàn)狀與治理困境，提出動力電池回收利用產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同治理體系框架[6]。韋方艷基于可持續(xù)發(fā)展的視角，深入分析了當(dāng)前我國新能源汽車動力電池的回收與梯次利用策略，旨在為促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展提供有力的理論支撐與實踐指引[7]。區(qū)塊鏈技術(shù)憑借其去中心化、不可篡改、安全可靠等特性，能夠?qū)崿F(xiàn)動力電池全生命周期的追溯，確保數(shù)據(jù)的真實性和安全性，實現(xiàn)新能源汽車動力電池的高效梯次利用[8]。

當(dāng)前，區(qū)塊鏈技術(shù)已多個關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，諸如金融、物聯(lián)網(wǎng)以及供應(yīng)鏈等。特別是在供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域，Kshetri認(rèn)為區(qū)塊鏈技術(shù)能夠協(xié)助供應(yīng)鏈減少運(yùn)作費(fèi)用，改善供應(yīng)鏈系統(tǒng)的彈性[9]。Giovanni在引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立了與服務(wù)能力相關(guān)的供應(yīng)鏈模型，證明了區(qū)塊鏈能夠使供應(yīng)鏈達(dá)到帕累托改善的效果[10]。

本文通過區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和追溯，從而能夠精準(zhǔn)分析和預(yù)測，優(yōu)化梯次利用流程，提高動力電池梯次利用的效率和準(zhǔn)確性，降低交易成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 模型構(gòu)建

1.1 問題描述

區(qū)塊鏈技術(shù)可對電池全生命周期的進(jìn)行記錄，將數(shù)據(jù)存儲于鏈上，為電池的梯次利用提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐體系。此外，鑒于區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的可信與透明特質(zhì)，消費(fèi)者主動返還廢舊電池的意愿得以增強(qiáng)，進(jìn)而降低了廢舊電池回收的難度系數(shù)。

基于上述考慮，構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的汽車零售商與第三方回收商回收模式，廢舊動力電池由汽車零售商和第三方回收商進(jìn)行回收后，統(tǒng)一交給電池制造商進(jìn)行接下來的再利用處理，結(jié)構(gòu)框架如圖3所示。

1.2 基本假設(shè)

（1）供應(yīng)鏈成員均為風(fēng)險中性且完全理性，制造商占主導(dǎo)地位。

（2）利用區(qū)塊鏈技術(shù)追蹤新能源汽車的電池生命周期，確保最佳的管理和廢料回收，可以降低梯次利用成本。本文假設(shè)退役電池的梯次利用成本為cr，φ表示利用區(qū)塊鏈技術(shù)的成本優(yōu)化系數(shù)。另外，為表征借助區(qū)塊鏈技術(shù)達(dá)成的可追溯水平，用嚴(yán)格凸服務(wù)函數(shù)ξt22來描述可追溯水平與其相關(guān)區(qū)塊鏈技術(shù)成本之間的關(guān)系，ξ為利用區(qū)塊鏈技術(shù)追溯的成本系數(shù)0≤ξ≤1，t為基于區(qū)塊鏈技術(shù)的可追溯性信息傳遞效率，傳遞效率越高，利用區(qū)塊鏈技術(shù)追溯信息的成本越高。

（3）不考慮需求的不確定性，即新產(chǎn)品訂購量能夠滿足市場需求。假設(shè)在區(qū)塊鏈技術(shù)的影響下，對新產(chǎn)品的需求增加是kt，其中k代表消費(fèi)者對可追溯水平的敏感性。因此，本文得到新電池零售價格Pn和是電池的市場需求qn數(shù)量之間的關(guān)系是qn=α-βPn+kt。α代表的是市場規(guī)模，β代表的是消費(fèi)者對新電池零售價格的敏感系數(shù)0≤β≤1。

（4）廢舊電池梯次利用的單位成本cr低于新電池的生產(chǎn)成本cn，即所有退役電池的梯次利用在成本方面具有一致性，均滿足crlt;cn[11]。

（5）汽車零售商或者第三方回收商回收的廢舊電池都交由電池制造商來處理。電池制造商向汽車零售商或者第三方回收商支付的轉(zhuǎn)移回收價格為wr，此外，電池制造商支付的轉(zhuǎn)移回收價格和汽車零售商或者第三方回收商回收價格pjr滿足：wrgt;pjr，j∈（N，T），以此保證整個供應(yīng)鏈上的各個企業(yè)都有投入到廢棄動力電池回收的積極性。

（6）廢舊動力電池梯次利用可獲得的單位收入ps，廢舊動力電池可梯次利用率μ0≤μ≤1，新電池批發(fā)價格wn。

1.3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的汽車零售商與第三方混合渠道回收模式

在汽車零售商與第三方電池回收商共同回收新能源汽車動力電池模式下，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的可追溯性，雙方回收的新能源汽車廢舊動力電池都交由電池制造商進(jìn)行動力電池的梯次利用。則電池制造商的利潤πM、汽車零售商的利潤πN與第三方回收商的利潤πT分別為：

πM=（wn-cn）（α-βPn+kt）+（μps-φcr-wr）（2m+pNr+pTr）-t2ξ2（1.1）

πN=（pn-wn）（α-βPn）+（wr-pNr）（m+pNr-ε1（pNr-pTr））（1.2）

πT=（wr-pTr）（m+pTr+ε1（pTr-pNr））（1.3）

利用逆向求解法，得到wn、wr、pMr與pTr、Pn的唯一最優(yōu)解：

wn=-cnk2+2αξ+2βcnξ4βξ-k2

wr=μps2-m+φcr2

t=k（α-βcn）4βξ-k2

Pn=-cnk2+3αξ+βcnξ4βξ-k2

pNr=-φcr+3m+ε1（m+φcr-μps）-μps2ε1+4

pTr=-φcr+3m+ε1（m+φcr-μps）-μps2ε1+4

將wn、wr、pTr與pNr、Pn的最優(yōu)解代入公式（1.1）、（1.2）與（1.3）中得出：

πM=2βξ2（α-cnβ）2（4βξ-k2）2-ξk2（α-cnβ）22（4βξ-k2）2+（ε1+1）（m-φcr+μps）22ε1+4

πN=（ε1+1）（m-φcr+μps）24（ε1+2）2+βξ2（α-cnβ）2（4βξ-k2）2

πT=（ε1+1）（m-φcr+μps）24（ε1+2）2

2 相關(guān)推論

推論2.1：在考慮區(qū)塊鏈的可追溯特性對整個供應(yīng)鏈的影響時，汽車零售商與第三方回收商共同回收模式下的wr，pNr，pTr，qMr，qTr分別與μ正相關(guān)。且當(dāng)psgt;φcr-mμ時，πM，πN，πT與μ正相關(guān)，否則，反之。

在區(qū)塊鏈技術(shù)提升供應(yīng)鏈透明度的背景下，新能源汽車零售商聯(lián)合第三方回收商共同推進(jìn)了廢舊動力電池的回收。隨著梯次利用率的提升，回收價格與回收數(shù)量均呈現(xiàn)上升趨勢。同時，在一定條件下，參與者的利潤水平也與梯次利用率正相關(guān)，這意味著梯次利用率的提升有助于增加其利潤空間，進(jìn)一步激發(fā)其回收積極性，因此電池制造商在初始研發(fā)階段應(yīng)加強(qiáng)對動力電池梯次利用的設(shè)計。

推論2.2證明：

wrμ=ps2gt;0

pNrμ=qNrμ=pTrμ=qTrμ=ps（1+ε1）2（2+ε1）gt;0

πMμ=3ps（m-φcr+μps）（ε1+1）2（ε1+2）

πTμ=πNμ=ps（m-φcr+μps）（ε1+1）2ε1+2）2

推論2.2：汽車零售商與第三方回收商共同回收模式下的wr，pNr，pTr，qMr，qTr分別與cr負(fù)相關(guān)。且當(dāng)psgt;φcr-mμ時，πM，πN，πT與cr負(fù)相關(guān)，否則，反之。

在汽車零售行業(yè)與第三方回收商協(xié)同回收模式下，梯次利用成本的上升直接導(dǎo)致了回收數(shù)量的減少以及回收價格的下降，因此，汽車零售商與第三方回收商為維持經(jīng)營效益，不得不采取減少回收量并相應(yīng)調(diào)低回收價格的策略。此外，這一成本上升效應(yīng)還波及整個汽車產(chǎn)業(yè)價值鏈。在特定條件下，制造商、零售商以及第三方回收商的利潤空間均與梯次利用成本呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即梯次利用成本的增加直接導(dǎo)致這些企業(yè)利潤空間的壓縮。

推論2.3證明：

wrcr=-φ2lt;0

pNrcr=qNrcr=pTrcr=qTrcr-φ（1+ε1）2ε1+2lt;0

πMμ=-3φ（m-φcr+μps）（ε1+1）2ε1+2）

πTμ=πNμ=-φ（m-φcr+μps）（ε1+1）2ε1+2）2

3 仿真分析

在綜合考慮回收模式的實際意義和借鑒現(xiàn)有的研究成果的基礎(chǔ)上，設(shè)置參數(shù)如下：μ=0.7，cr=3，cn=20，α=25，β=0.7，ε1=0.2，n=1，k=0.3，ξ=0.3。

3.1 可梯次利用率和梯次利用的單位收入對利潤的影響

根據(jù)圖3所示，電池制造商的利潤隨著可梯次利用率和廢舊動力電池梯次利用可獲得的單位收入的提高而顯著增加，但是汽車零售商和第三方回收商利潤相對較低。當(dāng)可梯次利用率和廢舊動力電池梯次利用可獲得的單位收入較高時，電池制造商應(yīng)加強(qiáng)和新能源汽車零售商或第三方回收商的合作，鼓勵回收供應(yīng)鏈成員通過宣傳教育、激勵政策等手段提升消費(fèi)者對電池回收的認(rèn)識與參與度，擴(kuò)大回收量、增加利潤。

3.2 梯次利用的單位收入對回收價格的影響

由圖4可知，汽車零售商與第三方回收商在回收廢舊電池時，隨廢舊動力電池梯次利用單位收入增加，供應(yīng)鏈成員回收價格顯著增長。且電池制造商回收價優(yōu)勢明顯。汽車零售商與第三方的回收價一致。對此，電池制造商應(yīng)加大研發(fā)降本，鞏固價格優(yōu)勢。汽車零售商則可以推出上門回收與檢測服務(wù)，擴(kuò)大回收量，增強(qiáng)消費(fèi)者信任。第三方回收商加強(qiáng)員工培訓(xùn)，提升專業(yè)素養(yǎng)以合理評估電池定價。

4 結(jié)語

區(qū)塊鏈技術(shù)的加入保障了新能源汽車動力電池使用數(shù)據(jù)的可信度和透明度，為數(shù)據(jù)的管理和共享提供了新的可靠性。同時，通過優(yōu)化區(qū)塊鏈技術(shù)的成本結(jié)構(gòu)。此外，通過持續(xù)投資于區(qū)塊鏈技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，提升可追溯信息的傳遞效率與準(zhǔn)確性，確保產(chǎn)品信息從生產(chǎn)到消費(fèi)的每一個環(huán)節(jié)都可追溯，以滿足消費(fèi)者對安全、可靠產(chǎn)品的需求。

鑒于現(xiàn)實市場環(huán)境中存在廣泛的競爭態(tài)勢，未來研究可探索在競爭環(huán)境下，回收供應(yīng)鏈成員如何制定回收模式選擇策略的問題。

參考文獻(xiàn)

［1］李牧原.新能源汽車動力電池技術(shù)創(chuàng)新策略研究[J].汽車測試報告，2024，（04）：6264.

[2]郝藝博，杜錫力，李笑竹，等.考慮儲能性能差異的新能源場站群共享儲能交易模式[J].發(fā)電技術(shù)，2022，43（05）：687697.

[3]聶金泉，黃燕琴，高洋洋，等.考慮動態(tài)曲線特征的退役鋰離子電池分選方法[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)），2023，37（02）：1927.

[4]Xing Q，Ran L，Li Y，et al.Blockchain technology embedded in the power battery for echelonrecycling selection under the mechanism of traceability[J].Scientific Reports，2024，14（1）.

[5]薛楊，趙建有.新能源汽車動力電池回收利用刻不容緩[J].汽車實用技術(shù)，2019，（02）：2022.

[6]吳思，張英杰，魏超.動力電池回收利用產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同治理體系框架與路徑探析[J].中國科技資源導(dǎo)刊，2023，55（03）：3341.

[7]韋方艷.新能源汽車動力電池回收和梯次利用策略研究[J].汽車與駕駛維修（維修版），2024，（07）：911.

[8]楊舒然.基于信息化時代的人事檔案管理模式創(chuàng)新路徑研究[J].才智，2024，（32）：185188.

[9]Kshetri N.1 Blockchain′s roles in meeting key supply chain managementobjectives[J].International Journal of Information Management，2018，（39）：8089.

[10]De Giovanni P.Blockchain and smart contracts in supply chain management： A game theoretic model[J].International Journal of Production Economics，2020，228：107855.

[11]Ieromonachou P，Gu X， Zhou L，et al.Optimising quantity of manufacturing and remanufacturing in an electric vehicle battery closedloop supply chain[J].Industrial Management amp; Data Systems，2018，118（1）：283302.