기후위기 대응 및 탄소중립을 위한 노력 중 하나로 전기차 제작과 사용이 점점 늘면서 전기차 시대가 현실로 다가오고 있다.
그렇지만 전기차 배터리 폭발이나 화재와 관련한 소식이 심심찮게 들리기도 해 우려가 있는 건 사실이다.
특허청에 따르면, 전기차용 배터리 업체의 전지 구조(셀-모듈-팩)에서 안전관련 특허출원이 활발한 것으로 나타났다.
배터리 구조의 안전 분야 특허출원건수는 2010년 21건에서 2019년 166건으로서, 연평균 26% 증가한 것으로 조사됐다.
배터리 셀은 전기에너지를 충전/방전해 사용할 수 있는 배터리의 기본 단위로 양극/음극/분리막/전해액을 알루미늄 케이스에 넣어 만들고, 배터리 모듈은 배터리 셀을 외부충격과 열, 진동 등으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 배터리 조립체를 의미한다.
배터리 팩은 전기차에 장착되는 배터리의 최종 형태로 배터리 모듈에 냉각 시스템 등 각종 제어 및 보호 시스템을 장착하여 완성된다.
배터리 구조의 전체 특허출원 중 안전 분야 출원의 비중은 2010년 이후 60~70% 수준으로 전체 출원의 과반 이상을 차지하고 있다.
전기차의 안전을 중요하게 생각함에 따라, 배터리 구조에 의한 안전성 확보를 성능 개선보다 우선시한 결과라고 보인다.
배터리 구조(안전 분야)의 기술 분야별 출원 동향을 살펴보면, 배터리 셀 관련 출원이 38.0%, 모듈이 30.4%, 팩이 31.6%를 차지했다.
배터리의 구성요소인 셀, 모듈, 팩의 안전이 모두 중요하며, 특히 배터리 셀의 구조가 안전해야 모듈, 팩을 포함한 배터리 전체의 안전도 보증되는 만큼 이에 대한 출원이 활발한 것으로 분석된다.
배터리 구조의 세부기술별 출원 동향을 살펴보면, 전극의 연결과 차단 관련 출원이 48.1%, 전극 조립체의 밀봉과 실링이 21.2%, 냉각과 가스 배출이 16.2%, 보호 회로와 셀 팽창 방지가 14.4%를 차지했다.
배터리의 원활한 전극 연결 및 과충전/과전류 차단을 위한 전기·보호 관련 출원이 55.6%로 전체 출원의 과반을 차지했다.
배터리 안전 분야의 특허 출원인 유형을 살펴보면, 국내 출원의 경우, 국내 배터리 3사인 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK이노베이션이 전체 출원의 약 86.9%를 차지했다.
상위 10개 다출원인의 경우 한국과 일본의 업체들이 각각 5:5로 양분하고 있으며, 출원의 비중은 배터리 3사에 삼성전자와 현대차를 포함한 한국 업체들이 일본 업체들보다 6배 이상 높았다.
순위권 밖의 중국 업체인 비야디(BYD)는 11건으로 출원량이 많지 않았다.
한편, 세계 최대 전기차 시장을 갖고 있는 중국의 국적별 출원 동향을 살펴보면, 중국 국적의 출원이 49.9%, 일본이 17.7%, 한국이 13.6%로 중국의 출원이 우세했다.
하지만 상위 10개 다출원인의 경우, 한국 업체의 출원 비중이 39.3%로 중국 업체(36.8%)와 일본 업체(18.2%)를 앞섰다.
이는 국내 주요 배터리 기업이 중국 전기차 시장 진출을 위하여 집중적으로 출원에 나선 결과로 보인다.
특허청은 “안전성이 강화된 배터리 구조는 화재 우려가 없는 전기차의 시작이 될 수 있다”며, “갈수록 경쟁이 심화돼가는 한중일 3국에 유럽까지 가세하는 상황에서 우리나라가 주도권을 쥐기 위해선 안전한 배터리 구조의 확보와 특허 포트폴리오를 다양화하여, 배터리 초격차 전략을 유지해야 할 것“이라고 밝혔다.
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