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新能源汽车锂电池闭环供应链的最优回收路径探究

时间:2020-09-24 来源:中国地质大学(北京), 本文字数:6472字
作者:陈光 单位:中国地质大学(北京),
  摘  要
  
  随着传统燃油汽车带来的耗能,污染等问题日益严峻,人们对于新能源汽车的关注日趋提高,新能源汽车因此逐渐成为中国及世界汽车产业的发展趋势。现如今,作为新能源汽车的动力来源,动力锂电池报废以后不能被回收处理,如果这些废旧的电池能够被回收再利用,不仅会带来经济上的收益,也会减少环境上的污染以及资源的再利用。


新能源汽车锂电池闭环供应链的最优回收路径探究
 
  
  本研究以新能源汽车上的动力锂电池为研究主体,从动力锂电池的生产,到动力锂电池的装车,到电动汽车的销售以及相关企业从消费者手中回收废旧的动力锂电池为一整个环节,构建动力锂电池闭环供应链的回收模型。首先,本研究分析了闭环供应链的模型框架。该模型的组成包括:动力锂电池生产企业,电动汽车生产企业,电动汽车 4S 店,消费者以及第三方回收企业;该模型的回收渠道包括:行业联盟回收、动力锂电池生产企业直接回收以及第三方回收企业回收,在行业联盟回收中,根据决策方式的不同可以分为集中决策或者分散决策。其次,对模型进行构建。在构建模型前先确定实际关系,做出参数设计以及假设,根据不同的回收渠道再分别构建回收模型。最后,结合企业相关的具体数据,对一些指标进行合理的赋值,从而求出在不同的模型下,闭环供应链上所有企业的总利润以及各个企业的单独利润,并对各种情况进行分析讨论。研究发现,集中决策下的联盟回收对于整个闭环供应链上的三类企业的利润总和来说可能是最优选择。但此时,动力锂电池生产企业的利润太低,因此如果选择这种模式,可能导致该企业的回收积极性大减,使得整个闭环供应链的利益受损。若是选择分散决策下的行业联盟回收,各个企业的最优利润都不低,但是三家企业可能很难达成共识,因为每一家企业的最优回收价格相去甚远,所以较难实现合作的意向。因此,选择第三方企业介入到闭环供应链中可能是一个较优的选择。
  
  最后,根据前面研究得到的最优回收决策方案,给涉及到的动力锂电池生产企业,电动汽车生产企业,电动汽车 4S 店以及第三方回收企业分别提出相应的对策建议。
  
  关键词:    动力锂电池,闭环供应链,斯塔克伯格博弈,非线性规划,循环使用。
  
  Abstract
  
  With  the  energy  consumption,  pollution  and  other  problems  brought  by  traditional vehicles becoming increasingly serious, people pay more and more attention to newenergy vehicles. New energy vehicles have gradually become the development trend of China and the world's automobile industry. Especially in China, with the strong supportof  government  policies,  new  energy  battery  manufacturers,  vehicle  enterprises  and consumers have gained huge benefits. In addition, the layout of large-scale automobileenterprises and the growing awareness of environmental protection of consumers have also led to the rapid expansion of China's new energy vehicle market. However, therapid expansion of new energy vehicles is an opportunity as well as a challenge for China. As  the  power  source  of  new  energy  vehicles,  the  power  lithium  battery  issuperior to the traditional lead-acid battery in raw material performance, environmental protection and long life, and is more environmentally friendly in manufacturing and use. However, once the battery is exhausted and in the state of scrap, how to deal with the waste power lithium battery has become a problem to be considered. Nowadays, mostof the used batteries will be treated as waste directly, but if we choose to recycle, it will not only bring economic benefits, but also reduce environmental pollution and resource reuse.
  
  This research takes the power lithium battery on the new energy vehicle as the research subject, from the production of power lithium battery to the loading of power lithiumbattery, to the sales of electric vehicle and the recycling of waste power lithium battery from consumers by relevant enterprises as a whole link, and constructs the recyclingmodel of closed-loop supply chain of power lithium battery. First of all, according to the recycling channels, this study constructs three recycling models, namely industryalliance recycling, direct recycling of power lithium battery manufacturers and third-party  recycling  enterprises.  In  the  recovery  of  industry  alliance,  the  centralized decision-making or decentralized decision-making is selected according to different decision-making methods. In addition, the impact of government policies on recycling is also considered. Therefore, this study constructs 8 closed-loop supply chain recovery models for analysis. Secondly, combined with the specific data of the relevant industries of enterprises, the closed-loop supply chain recycling model of power lithium battery without government intervention is simulated. By using the model, using enterprise data and some indexes, we can find out how the overall closed-loop supply chain and the recovery profit of each part are under different models, and analyze and discuss various situations. It is found that the alliance recovery under the centralized decision-making may be the best choice for the total profits of the three enterprises in the whole closed-loop  supply  chain,  but  at  this  time,  the  profits  of  the  power  lithium  battery manufacturing  enterprises  are  too  low,  so  if  this  mode  is  selected,  the  recovery enthusiasm of the enterprise may be greatly reduced, and the interests of the whole closed-loop supply chain will be damaged. If we choose the industry alliance recycling under the decentralized decision-making, the optimal profit of each enterprise is not low, but it may be difficult for the three enterprises to reach a consensus, because the optimal recycling price of each enterprise is far from each other, so it is difficult to achieve the intention of cooperation. Therefore, it may be a better choice to choose the third-party enterprises to participate in the closed-loop supply chain.
  
  Finally, according to  the optimal recovery decision-making scheme obtained in  the previous study, the corresponding countermeasures and suggestions are put forward tothe power lithium battery production enterprises, electric vehicle production enterprises, electric vehicle 4S stores and third-party recovery enterprises involved, contributing a little to the development of China's power lithium battery closed-loop supply chain recovery.
  
  Keywords:    Power lithium battery, Closed-loop supply chain, Stackelberg game theory, Nonlinear programming, Recycle。
  
  1. 绪论
 
  
  1.1、研究背景。

  
  随着行业的逐渐完善,电动汽车逐渐成为中国及世界汽车产业的发展趋势。
  
  在中国,由于政府政策的大力度支持、众多大型车企纷纷布局、以及消费者环保意识的不断增强,中国电动汽车市场走上了迅速扩张的道路。从2009年开始,得益于政府强力的扶持政策,中国电动汽车的发展进入了迅速增长的快车道;2011年,电动汽车行业进入到了产业化的阶段;2014年,中国的电动汽车的市场更是呈现出井喷态势,产销量均同比大涨了三倍以上。
  
  2017年4月25日,工信部下发《汽车产业中长期发展规划》,明确指出“到2020年中国新能源汽车总产量突破20万辆,到2025年新能源汽车销量占比超过20%的目标”。
  
  动力锂电池,即为工具提供动力来源的电源,多指为电动汽车提供动力的锂电池(中商产业研究院,2019)。主要的电动汽车动力电池有三种,铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池,宋永华等(2011)从分别从技术层面和经济层面这两个角度出发,对电池的化学性能以及电动汽车中电池组的性能进行了研究,最后得出结论:锂离子电池是应用最多也是最有前景的动力电池。
  
  由于传统的铅蓄电池在性能和寿命方面都逊色与锂电池,而性能更优的燃料电池和石墨烯技术的大规模生产尚不成熟,加之锂电池技术的迅速进步,因此在未来5-10年中,动力锂电池将成为电动汽车能源供应用电池的主力军。动力锂电池的大规模使用当然也会存在一些问题。在其使用过程中,动力锂电池虽然不会产生如燃油汽车一般的尾气排放,可是经过长期的使用损耗,报废后锂电池如果不进行有效的处理,那么该电池的正负极材料、电解液、隔膜以及其他的材料必将对环境造成不小的污染。此外,按照美国电动汽车协会所提出的标准,为了保证电动汽车的续航里程以及运行时的安全性能,电动汽车的锂电池容量在剩余80%标准容量时就应当进行更换(Neubauer J和Pesaran A,2010, Viswanathan VV和Kintner-Meyer M,2011)。
  
  根据天风证券(2018)的测算,2016-2020年中国动力锂电需求分别为28.21GWh、36.44GWh、47.48GWh、69.82GWh和100.94GWh,2017-2020年同比增速分别为29.17%、30.30%、47.05%和44.57%,与此同时,这些动力锂电池也分别在2019到2025年间陆续开始退役。而2019以及2020年,全球的动力锂电回收市场规模可以分别达到为82.09亿元和131.02亿元,二者的同比增速分别为98.29%和59.61%。就动力锂电池的退役量而言,2025年预计动力锂离子电池退役量将接近100GWh(宋小,2018)。
  
  对中国目前的动力锂电池回收市场而言,缺少明确的市场规范、回收网络不健全、回收效率比较低,因此整个中国的动力锂电池回收市场还处在一个起步的阶段。从目前的中国的动力锂电池生产和使用行业来看,即上游的动力锂电池生产企业,中游的动力锂电池使用企业(既电动汽车生产企业),下游的电动汽车销售企业以及专业的第三方回收公司,这些企业各自具有不同的资源回收优势,但是还并没有出现优势明显的领头企业。
  
  此外,动力锂电池的原材料中所含了锂、镍、钴、锰等多种稀有金属,这些金属都是不可再生的且储量有限。在将来,随着电动汽车市场的逐渐扩张,对钴、锂等动力锂电池生产原材料的需求必将进一步提高。因而,通过对废旧的动力锂电池进行回收,将锂、镍、钴、锰等稀有金属进行提取并再次加以利用,这样不仅可以有效的规避原材料稀缺的问题,还可以一定程度上抵御原材料价格波动的风险。因此,对废旧发动力锂电池进行回收也是具有经济效益的。
  
  1.2、研究意义与目的。
  
  1.2.1、研究意义。
  

  对闭环供应链下废旧动力锂电池的回收进行研究有着重要的意义。
  
  (1)理论意义。
  
  本研究有助于深化对闭环供应链的研究。国内对闭环供应链的研究多是对于模型本是的研究,少有针对具体某个行业的研究,而应用于动力锂电池回收的研究就更是罕见。另外,前人对于闭环供应链的研究多为两级的供应链,既生产企业和零售企业两个环节,而本研究中,动力锂电池并非直接能够给消费者使用的产品,因此在本研究的闭环供应链中为三级的供应链,既动力锂电池生产企业,电动汽车生产企业,电动汽车4S店,较以往的闭环供应链的研究多一个环节。
  
  此外,对于废旧动力锂电池回收利用问题的研究现在还暂时没有形成一套较为完善的理论和成熟的方法体系,因此本研究构建闭环供应链构建回收模型,并进行深入分析,从而选择出最优的废旧动力锂电池回收渠道,可以为未来的学者们进行进一步的回收研究提供些许的研究基础。
  
  (2)实践意义。
  
  本研究从整个动力锂电池生产到回收的角度,构建了闭环供应链的回收模型,选择了最优的废旧动力锂电池回收渠道,并且为相关企业管理开展提供了对策建议,究促使回收动力锂电池产业化体系的构建,使企业获得了更大的利益。废旧的动力锂电池能否进行大规模的回收对电动汽车产业的发展有着至关重要的影响,也在很大程度上决定了电动汽车行业是否能够持续稳定的发展。因此,对废旧的动力锂电池进行回收,不仅可以缓解锂、镍、钴、锰等稀有金属资源损耗的压力,并且为企业带来可观的收入,还能在很大程度上减轻废旧动力锂电池对环境所带来的污染情况。因此,构建闭环供应链对废旧动力锂电池回收进行研究对社会的可持续发展显得尤为重要。
  
  1.2.2、研究目的。
  
  本研究针对动力锂电池的回收问题构建闭环供应链模型,对不同回收渠道下的情况进行定量分析,并通过找出各种模式下的最优回收价格和销售价格进而得出各个企业的最大利润情况。此外,本研究在废旧动力锂电池回收量影响因素不确定的情况下,设定随机条件求得各个情况下的企业最大利润,并且对比不同模型之间的差异情况。
  
  【由于本篇文章为硕士论文,如需全文请点击底部下载全文链接】
  
  1.3、国内外研究现状
  1.3.1、动力锂电池回收的研究方法综述
  1.3.2、影响闭环供应链回收因素分析.
  1.3.3、闭环供应链回收渠道研究
  1.4、研究的主要内容.
  1.5、创新点
  1.6、研究方法与思路.
  1.6.1、 研究方法
  1.6.2、研究思路.
  
  2、相关研究理论与方法.
  
  2.1、基本概念.
  2.2、闭环供应链管理
  2.3、斯塔克伯格博弈.
  2.4、非线性规划.
  
  3、闭环供应链 模型框架分析.
  
  3.1、闭环供应链模型组成分析.
  3.1.1、动力锂电池生产企业.
  3.1.2、电动汽车生产企业.
  3.1.3 、电动汽车4S店.
  3.1.4、消费者.
  3.1.5、第三方回收企业.
  3.2、闭环供应链回收渠道分析.
  3.2.1、行业联盟回收.
  3.2.2、动力锂电池生产企业直接回收.
  3.2.3、第三方企业回收.
  
  4、闭环供应链 模型构建.
  
  4.1、问题描述及模型假设.
  4.1.1、问题描述.
  4.1.2、模型假设
  4.1.3、参数设定.
  4.2、行业联盟回收.
  4.2.1、分散决策
  4.2.2、集中决策.
  4.3、动力锂电池生产企业直接.
  4.4、第三方回收企业回收.
  
  5、闭环供应链模型选择.
  
  5.1 、企业概况及数据的确
  5.2、行业联盟回收.
  5.2.2、集中决策.
  5.3、动力锂电池生产企业直接回收
  5.4、第三方回收企业
  5.5、回收渠道选择.
  
  6、对策及结论
  
  6.1.1、行业联盟回收.
  6.1.2、动力锂电池生产企业直接回收.
  6.1.3、第 三方回收企业回收.
 
  6.2、 结论

澳门棋牌游戏官方下载,金沙集团直营平台wx1152.com   本研究以新能源汽车上的动力锂电池为研究主体,从动力锂电池的生产,到动力锂电池的装车,到电动汽车的销售以及相关企业从消费者手中回收废旧的动力锂电池为一整个环节,构建动力锂电池闭环供应链的回收模型,并且结合企业相关的数据,对动力锂电池闭环供应链回收模型进行了数值模拟,得出以下结论:

  首先,在行业联盟进行回收时,分散决策下,由于每家企业的最优回收价格和回收数量相差过大,较难达成合作。在集中决策下,对于电动汽车生产企业的利润,电动汽车4S店的利润乃至闭环供应链上所有企业的总利润而言,都是最优选择,然而对于动力锂电池生产企业来说,这种情形下的利润远低于其他的回收模式,因此可能会较为抵触集中决策。此外,随着除了回收价格以外的其他对回收数量影响因素l的增加,最优销售价格都是逐渐升高,最优回收价格逐渐降低,动力锂电池生产企业和电动汽车生产企业的最大利润逐渐增加,电动汽车4S店的最大利润逐渐降低。

  其次,动力锂电池生产企业直接回收时。对于所有企业的单独利润以及总利润,在这种回收模式下都是最小的。这是因为建立回收渠道的费用较高,消费者的分散,这就使得管理回收渠道的难度很高,也分散了动力锂电池生产商的资源。此外,随着l的增加,最优销售价格逐渐升高,最优回收价格逐渐降低,最大利润先小幅度减小后剧烈增大。

  最后,第三方回收企业进行回收,应该是最优的选择。虽然每个企业的利润以及所有企业的利润总和少于行业联盟回收,但是介于行业联盟回收存在的问题,第三方回收应该是最优选择。此外,随着l的增加,动力锂电池生产企业最优销售价格逐渐升高,最优回收价格逐渐降低,最大利润逐渐增加。第三方回收企业的最优回收价格逐渐降低,而最大利润是先减小后增大的。

  参考文献.

  原文出处:陈光. 动力锂电池闭环供应链回收模式研究[D].中国地质大学(北京),2020.
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