화재 및 과열 방지 기술: 삼성과 파나소닉 특허 비교

1. 특허 전략 비교: 삼성과 파나소닉의 배터리 안전성 접근 방식

삼성과 파나소닉은 글로벌 배터리 산업의 선도 기업으로서, 리튬이온 배터리의 화재 및 과열 문제 해결을 위한 특허 전략에서도 뚜렷한 차별성을 보인다. 삼성은 주로 소재 기반의 예방적 안전 기술에 집중하고 있지만, 파나소닉은 구조적 완충과 제어 기반 기술에 강점을 보인다. 삼성은 갤럭시 노트7 배터리 발화 사건 이후, 배터리 안전성 확보를 위해 기술적, 시스템적 전환을 꾀했다. 이에 따라 삼성SDI는 배터리 전반의 소재, 설계, 제조 공정, 검증 절차에 대한 전방위적인 개편을 단행하였고, 그 일환으로 수많은 특허를 출원하였다.

대표적인 특허는 세라믹 코팅 분리막과 난연성 전해질 조성물에 대한 것으로, 이들은 열폭주 발생 자체를 원천 차단하는 데 초점이 맞춰져 있다. 삼성은 또한 고분자 내열성 강화 및 전극 소재의 내 산과 특성 향상 등 소재 중심의 화재 예방 기술을 지속해서 강화하고 있다. 반면, 파나소닉은 배터리 셀 자체의 물리적 구조, 셀 간 전기적 제어, 시스템 통합 안전성에 방점을 둔 기술들을 다수 특허화했다. 특히, 배터리 셀 내부의 가스 배출 구조, 셀 벽 두께 조절, 다중 압력 감지 시스템 등은 과열 시 에너지 분산을 통해 사고를 억제하려는 전략이다. 이처럼 양사는 공통의 목표인 ‘화재 방지’를 추구하지만, 기술적 해법과 우선순위 설정에서 서로 다른 특허 전략을 보여주고 있다.

2. 삼성 특허 기술 분석: 소재 중심의 열폭주 차단 기술

삼성의 배터리 안전 기술은 주로 화학적 안정성 확보와 소재 기반 열 차단에 집중되어 있다. 핵심 기술 중 하나는 세라믹 기반의 하이브리드 분리막이다. 삼성SDI는 ‘산화알루미늄(AI₂O₃) 또는 산화 실리콘(SiO₂)을 포함하는 세라믹층이 코팅된 분리막’에 대한 특허를 다수 보유하고 있다. 이 분리막은 고온에서도 기계적 강도와 화학적 안정성을 유지하며, 전극 간 접촉으로 인한 내부 단락을 방지함으로써 화재의 근본 원인을 차단한다. 또한, 난연성 전해질 조성물 특허 역시 삼성이 강점을 가진 분야다. 예컨대, 특정 인계화합물(예: 트라이메틸포스페이트, TEP)을 포함하여 가연성을 낮춘 전해질은 셀 온도가 급상승해도 발화 가능성을 크게 줄여준다.

삼성은 여기에 그치지 않고 전극 활물질의 안정화도 병행하고 있다. 예를 들어, 리튬 니켈 코발트 망간 산화물(NCM) 양극재의 구조를 코팅 처리하거나, 도핑을 통해 열적 안정성을 높이는 기술은 장기 수명과 안전성 두 마리 토끼를 동시에 잡으려는 노력의 일환이다. 더불어, 삼성은 셀 온도가 임계점에 도달하면 전기적 연결을 끊는 ‘퓨즈 기능을 내장한 전류 차단 소재’에 관한 특허도 출원하고 있어, 열폭주 초기 단계에서 반응을 물리적으로 제어하려는 기술적 시도도 병행되고 있다. 이러한 다층적 기술은 단순한 예방 차원을 넘어, 다양한 시나리오에서 안정성을 확보하는 방향으로 진화하고 있으며, 글로벌 표준을 선도하는 기술력으로 평가받고 있다.

3. 파나소닉 특허 기술 분석: 구조 기반의 압력 해소 및 제어 기술

파나소닉은 일본 기업 특유의 정밀 설계 기술을 기반으로, 배터리 셀 내부의 물리적 구조와 안전 제어 시스템에 중점을 둔 발화 방지 특허를 다수 보유하고 있다. 가장 대표적인 기술은 압력 해소 장치(Pressure Relief Valve)와 연계된 셸 구조다. 파나소닉은 18650 또는 21700 규격의 원통형 셀 내부에 고압 상황 발생 시 특정 위치에서 자동으로 개방되는 통기구 구조를 설계하여, 내부 가스를 외부로 안전하게 방출함으로써 셀 폭발을 방지한다. 이 기술은 실제로 테슬라 차량에 적용된 바 있으며, 고속 주행 중에 발생할 수 있는 열폭주에 대한 방호 수단으로도 활용되고 있다.

또한, 파나소닉은 다단계 열 차단 기술과 관련된 특허도 다수 보유하고 있다. 예컨대, 셀 내부 온도가 특정 기준치를 초과할 경우, 해당 셀의 양극과 음극 간 연결을 일시적으로 차단하거나, 전류 흐름을 우회시키는 구조를 통해 전체 시스템으로의 열 확산을 방지하는 방식이다. 여기에 더해 파나소닉은 배터리 모듈 단위의 감지 및 제어 알고리즘을 포함한 특허도 등록했으며, 이는 센서를 통한 온도·압력·전류 데이터를 수집한 후, 이상 징후 발생 시 순차적으로 셀 차단 또는 냉각을 수행하는 시스템이다. 이러한 기술은 화재 발생 직전의 국지적 조건을 정밀하게 파악하고, 조기 개입을 통해 대형 사고로의 확산을 차단하는 데 목적이 있다. 파나소닉의 기술 전략은 ‘사고가 발생해도 확산하지 않게 만드는 설계’에 초점을 맞추고 있으며, 이는 자동차 제조사들과의 협업을 통해 더욱 고도화되는 상황이다.

4. 기술 융합과 미래 지향적 특허 경쟁 구도

삼성과 파나소닉은 각기 다른 기술적 접근을 취하고 있지만, 최근에는 이종 기술의 융합을 통한 차세대 안전 기술 개발에서 교차점을 보인다. 양사는 AI 기반 진단 알고리즘, 고속 온도 감지 센서, 셀 간 정밀 분리 기술 등 전자 제어 기반의 지능형 안전 시스템에서도 경쟁적으고 특허를 출원하고 있으며, 특히 전기차 및 ESS용 대용량 배터리 분야에서 기술 융합이 더욱 가속화되고 있다.

삼성은 배터리 셀, 모듈, 팩 전체를 통합 관리할 수 있는 BMS(Battery Management System) 기반 발화 방지 알고리즘 특허를 강화하고 있다. 예컨대, 개별 셀의 온도 이력 데이터를 실시간으로 분석하여 미세한 발열 변화도 감지하고, 고위험 셀에 대해 자동 절연 또는 냉각을 유도하는 기술은 고안전성 설계의 정점이라 할 수 있다. 한편 파나소닉은 셀 배열 구조 및 냉각 채널 최적화를 통해 물리적인 발열 차단 능력을 강화하고 있으며, 동일한 모듈 내에서도 발열량에 따라 셀을 교체하거나 제어할 수 있는 특허를 등록했다. 이는 차량이나 고정식 전력 장치 내의 특정 사용 환경에 맞춘 ‘맞춤형 화재 방지’ 전략의 일환이다.

향후에는 양사의 기술이 더욱 다층적으로 발전하면서, 단순한 소재 기술 또는 구조 설계가 아닌 복합적인 생존 기반 기술(Battery Survivability Tech)로 발전할 가능성이 높다. 즉, 배터리 시스템 자체가 ‘사고를 예측하고 피하며, 대응하는’ 지능적이고 능동적인 시스템으로 진화하고 있으며, 이에 대한 특허 경쟁은 배터리 산업의 핵심 경쟁력으로 자리 잡고 있다. 이러한 기술 전략은 단순한 시장 점유율 확대를 넘어, 에너지 저장 장치의 글로벌 표준을 선점하는 데에도 결정적인 역할을 하게 될 것이다.