本研究旨在确定动力电池供应链中的最佳回收整合模式——包括电池制造商、电动汽车制造商和第三方回收商——在碳交易机制下。提出了四种不同的模式：非集成模式（NA）、电池制造商与第三方回收商之间的集成模式（PT）、电池制造商与汽车制造商之间的集成模式（PM）以及涉及三方的全集成模式（AL）。博弈论被用来分析供应链利益相关者在每种模式中的定价决策。结果显示，回收竞争强度的增加导致除模式AL外的所有模式供应链利润下降。模式PM在较低竞争强度下获得最高的整体供应链利润，而模式AL在高竞争强度下利润更高。从个别参与者的角度来看，Mode PM在低竞争强度下对电池和汽车制造商更为有利。相比之下，模式AL在高竞争强度下为各方带来双赢。此外，碳交易价格上涨导致所有模式电池价格上涨，其中在激烈竞争情景下，Mode AL实现了最高的电池回收率。这表明模式PM和模式AL在低竞争和高竞争强度环境下最优，为选择集成模式和设计更可持续、协调的电池供应链提供了战略指导，以应对不断变化的市场和政策压力。

图形摘要

面对日益升级的全球气候危机，减少碳排放已成为全球紧迫且关键的优先事项。根据世界气象组织（WMO）2023年的一份报告，全球平均气温连续数年超过工业化前水平超过1.2°C，频繁的极端天气事件严重影响着人类社会和自然生态系统。为应对这一挑战，全球各国政府和企业制定了雄心勃勃的碳中和目标，如欧盟的“绿色新政”和中国的“双碳”战略，均旨在遏制温室气体排放并推动城市绿色转型（尚等，2023）。作为一种市场驱动的工具，碳交易机制已被证明有效通过经济激励鼓励企业减少排放，逐步推进碳中和目标。国际碳行动伙伴关系（ICAP）的数据显示，2022年全球碳交易市场超过840亿美元，覆盖全球排放量的15%以上。与此同时，新能源车的快速扩展产生了大量废弃电池。国际能源署（IEA）预测，到2030年全球电动汽车年销量将达到5500万辆，几乎是2021年的30倍。这一激增，加上各国设定的碳中和目标，加速了电动汽车的发展（Narang 等，2024）。然而，如果在使用寿命结束时进行适当的回收和再利用，这些电池可能导致大量资源浪费和环境危害。新能源车在中国市场的快速扩展推动了电池回收行业加速增长。中国连续六年领先全球纯电动车销量（Lamonaca 和 Ryan，2022），累计销量超过550万辆。到2030年，该国纯电动新能车队预计将达到8000万辆。随着电动汽车拥有量的持续增长，电池回收已成为一个关键挑战，因为电池容量降至原容量的70%至80%后必须更换电池，以避免交通事故等安全隐患（Zhang 等，2020）。目前，应对电动汽车电池大规模退役的一种方法是建立一个闭环供应链，配备集成的回收渠道，多家企业参与收集和处理废电池。通过整合电池制造商、汽车制造商和第三方回收商的资源，并利用所有供应链参与者之间的协作与协调，这一模式实现了利润与风险的共享，并推动了网络内绿色价值的共创（Wong 等，2020）。2022年，特斯拉报告的电池回收率为92%。通过采用闭环回收系统，特斯拉成功将废弃电池转化为新产品，显著降低了生产成本并减少了环境影响。2023年，中国各政府机构推出了“碳交易试点政策”（曾等，2024），以鼓励和指导锂离子电池技术及回收产业的发展与进步。这些政策不仅明确了各方在回收过程中的责任，还推动了全面回收框架的建立。福建省等地方政府也加快了废弃物回收系统的建设，鼓励电池公司积极争取产品碳足迹认证。
尽管有大量研究探讨了影响电动汽车电池回收的因素——例如，Gu等人（2017）分析了政府补贴对电池回收的影响;Tang 等人（2019）开发了一个 Stackelberg 博弈论模型，用于评估奖励-惩罚机制在电动汽车电池回收中的社会经济和环境影响;Li等（2020）调查了押金-退还计划如何促进新能源车电池回收，并提出了改进建议;Chai 等（2024）探讨了绿色产品再制造中的工艺创新策略，证明此类创新能够提升再制造性能和回收率。然而，这些研究主要聚焦于单因素或双边合作伙伴关系分析，并未全面评估多方合作下的不同整合模式。
与此同时，碳交易和存款回报机制的研究通常单独考察它们对定价或回收率的影响。它缺乏对多方合作下各种整合模式的整体评估。值得注意的是，碳交易与存款回收机制对供应链参与者的盈利能力、竞争策略和资源效率的综合影响仍未被充分探讨。此外，回收渠道竞争在选择集成模式中的作用被大多忽视，这在当前研究中存在重大空白。Scopus检索显示，过去三年中，仅检索了1886份和230份文件，分别使用“电力电池回收的主要影响因素”和“碳交易和押金退还机制”这些关键词检索到。这表明，在低碳背景下研究不同电力电池回收方式依然非常有价值。在实际操作中，对于固体回收物如电动汽车电池，企业、行业协会和政府机构在生产管理和逆向供应链技术开发中发挥着关键作用（Raut 等，2011;Sellitto 等，2020）。通过采用再利用、二手销售和循环再生工艺以最大化剩余价值（Sellitto，2018），它们可以缓解原材料短缺，减少废弃物量，降低公共健康风险（de Sousa Jabbour 等，2017），同时提升能源效率，并为社区和环境带来积极影响。此外，不同电池回收渠道之间的竞争日益激烈;关键在于审视整合模式如何优化资源利用、减少生命周期碳排放，并提升环境可持续性、社会责任感和供应链韧性。这是学术界和行业利益相关者面临的核心挑战（Barman 等，2023）。
此外，解决电池综合回收中的逆向渠道问题至关重要。工业化地区通常产生比非工业化地区更大且更稳定的废弃物流——包括报废电池（Johnson 等，2017），因此需要开发有效的逆向供应链（RSC）和逆向供应链管理（RSCM）系统，以实现资源回收并实现环境目标。RSCM涵盖了从终端用户回收退役产品或废弃物，以及通过回收剩余价值或通过不同途径（如再利用、翻新、再制造和回收）来关闭材料循环（Blackburn等，2004;Prahinski 和 Kocabasoglu，2006）。这些反向渠道在成本结构、技术复杂性和环境影响上各不相同，因此对电池供应链中的集成策略、利润分配和物流设计具有重要影响。在碳交易和回收激励机制下，将这些渠道嵌入统一的整合决策框架中，可以提高回收率和资源使用效率，同时提升供应链在低碳转型期间的政策响应能力和系统性韧性。这为闭环电源供应链的最佳配置奠定了坚实基础。
基于此背景，本研究的主要关注点是碳交易机制下电力电池回收的整合模式。基于此，我们提出了以下具体的研究问题。

• (1)
  在不同整合模式下，碳交易价格如何影响回收渠道的竞争？
• (2)
  存款回收机制下的回收竞争如何影响闭环供应链决策？
• (3)
  在不同程度的回收竞争下，如何确定最佳整合模式以最大化所有供应链参与者的利润并提高回收率？

为解决这些问题，本研究开发了四种不同的集成模式：非集成模式（Mode NA）、电池制造商与第三方回收商之间的集成模式（Mode PT）、电池制造商与汽车制造商之间的集成模式（Mode PM），以及涉及电池制造商、汽车制造商和第三方回收商的完全集成模式（Mode AL）。本研究采用定量斯塔克尔伯格博弈框架，分析定价策略、供应链总利润、电池回收率以及利益相关者在这些整合模式下的个人利润。博弈论——特别是斯塔克伯格框架——之所以被采纳，是因为供应链涉及战略性、层级式的互动，通常由一方（电池制造商）在定价和回收决策中发挥领导作用，其他人则据此做出反应。该方法捕捉了政策干预（碳交易和储藏回报）下异质利益相关者之间的连续决策、激励对齐以及竞争/合作的紧张关系，为确定最佳整合和协调机制提供了严谨基础。
我们的发现揭示了以下见解：首先，碳交易价格上升导致批发、零售和回收价格在四种整合模式中上涨，凸显了碳交易机制在塑造供应链定价策略和支持碳减排目标方面的有效性。其次，虽然押金退还政策对电池回收率有积极影响，但过高的加工成本会降低整体供应链盈利能力。第三，分析显示Mode PM在低竞争强度下实现了最高的供应链利润。相比之下，模式AL在高强度比赛中表现最佳。从环境角度看，激烈的回收竞争通常降低非模式AL的电池回收率。模式PT在低竞争强度下实现最高的回收率，而模式AL在高竞争强度下最大化回收率。
本研究对该领域做出了多项贡献：首次在碳交易背景下理论分析了电力电池回收整合模式选择，弥补了现有闭环供应链模式研究的空白。开发了四种不同的回收整合模式——即无集成模式（Mode NA）、电池制造商与第三方回收商集成（Mode PT）、电池制造商与汽车制造商集成（Mode PM）以及全集成模式（Mode AL）——为评估各种集成策略提供了全面框架。博弈论为供应链协调和定价策略提供了见解，表明不同的集成模式在不同市场条件下会产生不同的盈利能力和回收率。