考虑政府补贴的卡特蓄电池闭环供应链价格与生产研发决策

随着电动汽车应用的持续推进，电池回收变得迫切。虽然有些电池不适合继续用于电动汽车，但可以回收用于分层使用或再制造。因此，本研究考虑了由制造商和零售商组成的电动汽车电池闭环供应链。我们制定三项战略：无生产研发努力战略、生产研发努力战略，以及生产研发战略的政府补贴。基于斯塔克伯格博弈，最优定价和生产研发决策得出。结果显示，生产研发对废弃电动车电池的回收产生积极影响，政府补贴通过提高回购和回收价格进一步放大了这一效应。政府补贴鼓励制造商加强生产研发，降低电动汽车电池市场价格，使这些电池更易被消费者获得。庞大的消费者基础可以抵消生产研发成本的增加，使制造商和零售商能够实现更高的盈利能力。制造商和零售商都能从生产研发和政府补贴中受益，最终提升整个闭环供应链的盈利能力。
电动汽车（EV）因其清洁高效的特性，越来越被认可为未来交通运输的关键元素（Harper等，2019）。随着电动汽车市场的持续扩大，电动汽车电池的需求也相应激增（Miao 等，2022;Zong 等，2023）。然而，这些电池不可避免地会走到使用寿命的尽头，这使得其处置问题变得更加突出（Yang 等，2022;Zhao 等，2021）。中国废弃电动电池规模将在2025年达到46.78吉瓦时（Yu等，2021）。开发和实施废弃电动车电池的回收和二次生命应用至关重要，确保生命周期管理，减少浪费，提高效率。
可持续发展原则在全球范围内逐步被采纳，梯级利用已成为电动汽车电池生命周期管理的关键要素（Lai 等，2021a;Liu 等，2021）。梯队利用代表废弃电动车电池回收的创新策略，标志着向更可持续实践的重大转变。通过一系列专业测试和评估，这些电池被识别为潜在的次级应用（Zhu 等，2021）。比亚迪将废弃的电动汽车电池用于电力储存，应用于电动公交车和储能站等领域。同样，日产的LEAF车型与法国能源公司EDF合作，将二手电动车电池再利用用于储能系统。丰田还通过将废弃电动车电池的使用量几乎翻倍，延长了其使用寿命，并将其重新应用于凯美瑞车辆中储存和供电。图1展示了废弃电动车电池梯级利用的情景。电动汽车电池容量降至初始容量的80%以下，可用于充电站、家庭储能及汽车以外的其他替代能源应用（Heymans等，2014）。对于容量低于30%的废弃电动汽车电池，则用于再制造（Lai 等，2021b）。一般来说，再制造成本低于制造新产品的成本（Taleizadeh 等，2020）。通过实施这些方法，我们可以有效延长电动汽车电池的整体生命周期，最终减少电池废弃物对环境的影响（Xia 和 Li，2022）。这是实现可持续发展目标的关键一步，因为它通过可持续解决方案将“废弃物”转化为“财富”。
现代电动汽车电池制造行业将研发（R&D）视为企业战略增长的基本支柱（Zhang 等，2017）。为了实现高效的梯队利用和再制造，关键是考虑电动汽车电池在生产初期的拆解（Glöser-Chahoud 等，2021）和二次使用（Hossain 等，2019）。这种做法不仅巩固了新型电动汽车电池产品在高度竞争环境中的市场地位，还降低了与再制造相关的成本和复杂性。此外，在制造过程中投资生产研发可大幅提升电动汽车电池的能量密度，从而显著延长其使用寿命（曾等，2019）。生产研发也是提升客户购买意愿的竞争工具（Taleizadeh 等，2019）。
然而，生产研发通常需要大量初始投资，且回报期不确定。因此，电动汽车电池制造商必须在技术进步的持久价值与当前的财务压力之间取得平衡。关于生产研发的决策应战略性地与公司的财务健康和供应链目标保持一致，确保这些努力可持续且支持长期业务目标。额外的政策支持，如补贴，可以发挥关键作用（Tan 等，2021;Wang 等，2019;Wang 等，2022）。如果政府通过在经济困难时期提供生产研发补贴支持电动汽车电池制造商，将大大减轻生产研发成本上升的负担（Jiao 和 Evans，2016）。这正是政府干预变得至关重要的地方。政府补贴不仅促进持续创新，还帮助制造商应对先进研发投资带来的财务障碍，从而促进行业的可持续发展和竞争力。
闭环供应链（CLSC）可以通过收集消费者废弃物、提取有用零件并再制造，同时从原材料制造新产品来获利（Sane Zerang 等，2018）。鉴于CLSC电动车电池管理的复杂性，建立一个不仅鼓励回收，还能确保生产研发经济可持续性的定价机制至关重要。定价策略必须考虑多种因素，包括市场需求、回收、再制造和梯级利用。电动汽车电池制造商需要有策略地规划其在生产研发上的投资，以保持成本效益并优化公司经济回报。本研究聚焦于由电动汽车电池制造商和零售商组成的电动汽车电池CLSC。我们的目标是探索CLSC电动动力电池的最佳定价和研发策略。政府对生产研发的补贴被考虑，以鼓励制造商投资生产研发。我们希望提供关于政府干预在推动电动汽车电池行业可持续且经济可行实践中作用的见解。该研究旨在回答以下问题：

• 1)
  CLSC电动动力电池会员的最佳定价和生产研发决策是什么？
• 2)
  生产研发如何影响废弃电动车电池的回收？
• 3)
  CLSC及其成员的利润如何受到政府对生产与研发的补贴影响？

本研究的主要贡献如下。首先，我们建立了定价机制，不仅促进回收，还确保CLSC内电动汽车电池生产研发的经济可持续性。其次，我们的研究探讨了CLSC电动动力电池生产研发的最佳策略，特别是考虑政府补贴的影响。我们的研究结果可以为政府提供理论启示。第三，我们的主要发现显示，生产研发对废弃电动车电池的回收价格和低质量电池的回购价格产生积极影响。政府补贴可以显著增强这一效果，鼓励更多消费者退还废弃的电动车电池。政府对生产研发的补贴可以通过抵消生产研发费用来降低市场价格，从而提升销售额并保持利润率。