基于多准则决策框架的废弃电动汽车电池回收技术评估

《Journal of Energy Storage》：Waste electric vehicle battery recycling technology evaluation using a multi-criteria decision making framework

　　

- 提出了一套面向企业的BWM-FAD电池回收评估综合框架。
- 评价准则和专家权重对排名结果有显著影响。
- 所提方法考虑了准则匹配的概率。
- 通过案例研究验证了所提方法的有效性。
- 提出了若干重要的管理启示。

**引言**

随着气候变化和环境污染日益加剧，环境保护已成为全球关注的核心议题[1]。交通运输部门是全球碳排放的主要贡献者之一。2022年，该部门的碳排放量超过80亿吨，约占全球排放总量的23%[2]。交通运输部门的大量碳排放不仅加剧了全球变暖，还导致城市空气质量显著下降，引发严重的环境和健康问题[3]、[4]、[5]。为减少交通运输部门的碳排放，全球正加速向电动化转型，这一趋势被广泛认为是实现低碳交通的核心路径[6]。作为交通电动化的核心载体，电动汽车近年来发展迅速[7]。数据显示，2024年全球电动汽车销量超过1700万辆，增长超过25%[8]。中国作为全球最大的电动汽车市场，2023年新注册电动汽车超过800万辆，约占全球市场份额的60%[9]。然而，电动汽车的普及也带来了紧迫的环境挑战。作为电动汽车的核心部件，电池退役问题已引起全球关注。根据文献数据，预计到2040年，中国废弃电动汽车电池的产生量将达到1500万至3300万吨之间[10]。废旧电动汽车电池的不当回收将带来严重的环境挑战[11]、[12]。

废旧电动汽车电池回收是一项复杂的系统工程，需要先进的技术以确保高效、安全和环保的处理[13]。目前，针对废旧电动汽车电池的多种回收技术已被开发出来，包括物理分解、化学分解和生物技术[14]。为确定最优方案，必须综合考虑资源回收效率、各项技术的环保影响以及各自的成本[15]。此外，电池类型、电池状态、区域环境特征和市场需求等因素的多样性，要求在选取回收技术时综合考虑多种因素[16]。因此，如何从技术可行性、经济效益和环境效益等多维度进行全面评估，并制定科学合理的回收技术选型方法，已成为亟待解决的问题。

本研究由一家专门从事废旧电池回收的企业提出，该企业希望开发一种新的技术评估方法。在实践中，企业发现现有的电池回收技术选择方法无法有效满足实际需求，尤其是在处理不同类型电池和复杂场景时，现有方法的局限性尤为明显。对电池回收技术的综合分析表明，当前技术选型流程在很大程度上依赖于主观经验和对处理技术的有限了解。这种对经验的依赖虽然能够在一定程度上满足简单场景的处理需求，但也存在显著局限性。在实际操作中，技术选择可能受到操作者主观偏好和经验局限的影响，导致选择标准不一致。为解决这一问题，企业认识到需要引入更科学、更系统的技术评估方法，改进现有技术评估方法的不足，提高技术选择的科学性和应用效果。

废旧电池回收技术评估是一个多准则决策（MCDM）问题，因为它涉及对多种因素的综合评估[16]，且不同准则之间可能存在交互和权衡关系[17]。在多准则决策问题中，各准则的重要性可能因企业特定需求、区域特征和技术应用场景而异[18]。因此，回收企业需要根据实际情况量化不同因素的权重，并对各种回收技术进行综合评估。此外，尽管废旧电池回收研究已受到越来越多的关注，但关于废旧电池回收技术评估的现有文献极为有限。本文旨在通过采用多准则决策方法填补这一学术空白，为废旧电池回收技术选型研究提供新的视角，并为企业实践提供实用指导。具体而言，本文将回答以下研究问题：i) 如何开发和选择适当的废旧电池回收技术评价准则？ii) 如何科学地确定准则权重？iii) 采用何种方法来对备选方案进行排名以确定最优回收技术？

为回应上述研究问题，本研究的主要目标是将多准则决策方法应用于确定最优回收技术。为回答第一个研究问题，本文将采用文献综述和专家访谈方法识别影响回收技术选择的主要因素，并构建识别回收技术选型评价准则的理论框架。确定评价准则后，下一步是评估其各自权重。因此，本文将采用最佳-最劣法（BWM）评估各准则在整体回收技术选型中的优先级，并建立科学的权重分配模型，以确保各准则权重能够反映其在实际回收技术选型中的影响程度。确定评价准则及其权重后，本文将采用模糊公理性设计（FAD）方法来选择备选方案。

值得注意的是，本文选择BWM和FAD方法来评估回收技术选型问题，原因在于BWM通过让评估者选择最劣和最优准则，能够更清晰地反映各准则的重要性。BWM所需的比较次数少于传统层次分析法，简化了评估者的负担并提高了决策效率[19]、[20]。此外，FAD方法考虑了准则成功匹配的概率，即考虑回收技术要求与其准则之间的匹配程度，这在一定程度上降低了决策失败的风险[21]。最后，FAD方法提供了清晰的逻辑结构，使评估过程更加透明，有助于决策者理解和接受最终匹配结果。总之，BWM与FAD的结合可以充分发挥两种方法的优势，使企业能够更科学地评估回收技术特征与标准要求的匹配程度，从而提高技术评估决策的质量和有效性。

本文的贡献体现在以下三个方面。第一，通过对回收技术评价准则的深入分析，本研究建立了退役电池回收技术选择的综合评估框架，并使用BWM确定各准则的权重。这一贡献使企业能够根据不同回收技术的特征灵活调整评价准则和权重，从而更好地反映各准则在技术评估中的相对重要性。第二，通过将FAD方法引入回收技术评估领域，本文丰富了电池回收技术选择的理论框架。FAD方法的应用为技术评估提供了系统化的分析工具。第三，本文为企业在技术选择的实际决策中提供了一个科学合理的评价框架。据我们所知，目前很少有研究将BWM与FAD相结合来探讨电池回收技术选型问题。通过同时应用BWM和FAD方法，企业可以更全面地评估回收技术属性与其运营需求之间的兼容性。这种方法增强了回收企业技术选择的科学依据，并为资源回收管理实践提供了实用指导。

本文其余部分的结构如下。第2节回顾了与本论文相关的文献。第3节概述了BWM和FAD方法，并构建了回收技术选型的分析决策框架。第4节通过案例研究描述所提方法的应用程序，并构建了废旧电池回收技术的评价指标体系。第5节的讨论涵盖了结果分析、敏感性分析、比较分析、所提方法的优点以及管理启示。最后，第6节概述了研究结论、本研究的主要局限性以及未来研究的重要方向。

**各章节摘要**

**文献综述**
本节将回顾与本论文相关的废旧电池回收技术、BWM和FAD的文献。

**方法论**
本节将介绍BWM和FAD方法的具体应用步骤，并提出一个回收技术评估的分析决策框架。

**案例研究**
本节通过案例研究说明所提方法的具体实施步骤，并证明其有效性和适用性。

**讨论**
本节将讨论结果分析、敏感性分析、比较分析、所提方法的优点以及管理启示。

**结论**
废旧电动汽车电池回收技术评估是实现可持续发展的关键步骤，旨在帮助企业开发兼顾环境目标与经济效益的最优技术方案。为此，本文提出了一种BWM-FAD方法来填补研究空白。本研究使用BWM-FAD方法评估废旧电池回收技术，并建立了一个涵盖多个维度的分析框架……

**作者贡献声明**

冯江红：可视化、验证、监督、软件、资源、项目管理、方法论、调查、经费获取、形式分析、数据整理、概念构思、写作—审阅与编辑、写作—初稿。

**利益冲突声明**
作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知名利冲突或个人关系。

**致谢**
本研究得到中国广东省基础与应用基础研究基金（编号：2026A1515011254）和广东省哲学社会科学规划项目（编号：GD25CSG22）的资助。作者感谢尊敬的编辑和审稿人提出的宝贵意见和建议。他们的宝贵意见和建议增强了本文的严谨性和学术价值。

冯江红