친환경 배터리 소재 관련 스타트업 특허 동향

1. 기술 중심의 친환경 배터리 소재 스타트업 부상

최근 몇 년간 친환경 에너지 전환과 탄소중립 목표가 세계적 의제로 부상하면서, 배터리 산업 내에서도 지속 가능한 소재 개발이 핵심 과제로 자리 잡고 있다. 특히, 전통적인 리튬이온 배터리에 사용되는 니켈, 코발트 등의 고갈성 소재에 대한 의존도를 낮추고, 환경 유해성을 줄이는 데 초점을 맞춘 친환경 소재 관련 스타트업들이 주목받고 있다. 이러한 기술 기반 스타트업들은 기존 대기업이 주도하던 배터리 소재 시장에 혁신적 접근을 통해 진입하고 있으며, 이들은 대체 소재 개발, 재활용 효율성 증대, 생산 공정의 에너지 절감 등의 측면에서 차별화된 기술력을 바탕으로 빠르게 성장 중이다.

특히 유럽과 미국, 한국을 중심으로 한 기술 기반 스타트업들은 리튬을 대체할 수 있는 나트륨, 칼륨 등의 저비용·저환경부하 소재에 대한 연구를 활발히 진행하고 있다. 예를 들어, 미국의 Natron Energy는 프러시안 블루 기반 나트륨 이온 배터리 상용화에 가까운 특허 포트폴리오를 보유하고 있으며, 이들의 특허는 소재 조성뿐 아니라 전극 설계와 제조 공정까지 세밀하게 커버하고 있다. 한국의 경우, 성균관대 출신 연구진이 창업한 TeraMaterials는 리튬-황(Li-S) 배터리의 전해질 안정성을 향상시키는 친환경 고체 전해질에 관한 원천 특허들을 확보하며 국내외 학계와 산업계의 주목을 받고 있다. 이처럼 기술집약형 스타트업들은 단순히 소재를 바꾸는 데 그치지 않고, 기존 배터리 시스템의 구조적 한계를 극복하며 차세대 전지시장을 선도할 기반을 다지고 있다.

2. 특허 출원 트렌드를 통해 본 기술 혁신 방향

친환경 배터리 소재 관련 스타트업들의 기술 혁신은 특허 출원 트렌드를 통해 명확히 드러난다. 최근 5년간의 특허 출원 데이터를 분석하면, 기존의 양극재·음극재에 비해 전해질과 바인더, 분리막 등 소위 '비활성 소재' 분야의 기술개발이 두드러지고 있다. 이는 전체 배터리 시스템에서 구조적 안정성과 장수명 특성을 좌우하는 핵심이 비활성 부품이라는 점에서, 스타트업들이 대기업과 차별화되는 기술 니치를 공략하고 있음을 시사한다.

특허청 및 WIPO 데이터를 기반으로 분석한 결과, 2020년부터 2024년까지 친환경 배터리 소재 관련 스타트업들의 특허는 전체 출원 건수의 약 35%가 전해질 관련 기술로 집중되고 있다. 특히 고체 전해질, 수계 전해질, 유기 용매 대체 기술 등의 분야가 두드러지며, 이는 기존 유기 전해질의 가연성과 환경 독성을 줄이기 위한 노력으로 해석된다. 또한, 이들 특허의 상당수는 전지 수명 연장 및 충전 속도 향상과도 연결되며, 단순한 친환경성을 넘어 상용성 확보를 위한 기술적 진화를 보여준다.

또한, 특허의 보호범위에서도 기존의 단일 구성요소 기술에서 벗어나, 복합소재의 계면 안정화, 다층 구조 구현, 나노입자 제어 등 고도화된 응용 기술이 주를 이루고 있다. 이는 향후 이들 스타트업이 단순히 소재 공급자 역할을 넘어서, 완성된 배터리 셀 기술까지 확장할 가능성을 내포하고 있으며, 실제로 일부 기업은 전지 모듈 단위로의 특허 전략 전환을 추진하고 있다. 특히, 스웨덴의 Northvolt는 재활용 기반 니켈-망간 복합소재와 이를 적용한 셀 기술에 대한 일관된 특허 전략을 통해, 기술 보호와 상용화를 동시에 꾀하고 있다.

3. 주요 스타트업의 특허 포트폴리오 전략

기술 기반 스타트업에게 특허는 단순한 기술 보호 수단을 넘어, 투자 유치 및 시장 진입의 핵심 자산이다. 특히 친환경 배터리 소재 분야는 경쟁이 심화되고 있는 만큼, 전략적인 특허 포트폴리오 운영이 기업 생존과 직결된다. 실제로 주요 유망 스타트업들은 특허를 단순 출원이 아닌 '패키지' 형태로 구성하며, 원천기술 보호와 응용기술 확장을 동시에 꾀하고 있다.

예를 들어, 영국의 Faradion은 나트륨 이온 배터리의 셀 구조와 이에 적합한 전해질 조성, 전극 안정화 기술에 이르는 전주기적 특허 포트폴리오를 갖추고 있다. Faradion의 특허전략은 핵심 기술을 선출원 후, 응용 및 시스템 통합 관련 기술을 후속 출원으로 연계하여 전체 가치사슬을 특허로 커버하는 방식이다. 이는 투자자에게 안정적인 기술 기반을 제시하는 동시에, 대기업과의 기술 협상 시 우위를 확보하는 전략으로 작용한다.

한국 스타트업 중에서는 POSCO 출신 인력이 창업한 EcoPro EM이 주목된다. 이 회사는 폐전지에서 추출한 니켈·코발트를 고순도 정제해 양극재로 재활용하는 공정 특허를 보유하고 있으며, 이는 건식 추출 방식과 습식 공정의 하이브리드 구조를 기반으로 한다. 특히 이들 특허는 유럽 환경 기준에 부합하는 공정 에너지 절감성과 유해 부산물 감소 효과까지 포괄하고 있어, 향후 유럽 시장 진출 시 중요한 진입장벽 확보 수단이 될 것으로 예상된다. 이처럼 스타트업들은 특허를 통해 기술적 독창성을 확보하고, 이를 전략적 무기로 활용하여 시장 내 존재감을 강화하고 있다.

4. 글로벌 정책과의 연계 및 향후 전망

친환경 배터리 소재 스타트업들의 특허 전략은 단지 기술 확보에만 국한되지 않고, 글로벌 정책 변화에 능동적으로 대응하는 방향으로 진화하고 있다. 특히 2023년 발효된 EU 배터리 규제와 미국의 인플레이션 감축법(IRA)은 배터리 원료의 추출부터 재활용까지 전체 생애주기에 걸쳐 환경성과 지역성을 강조하고 있으며, 이는 스타트업들의 기술 개발과 특허 전략에 중대한 영향을 미치고 있다.

예컨대 EU는 2030년까지 배터리 원료의 25% 이상을 재활용 소재로 대체할 것을 요구하고 있으며, 이에 대응해 유럽 스타트업들은 폐배터리에서 유가 금속을 고효율로 추출하는 특허를 집중적으로 확보하고 있다. 독일의 Cylib은 전기화학적 용출 기술을 기반으로 한 습식 리사이클링 기술의 핵심 특허를 보유하고 있으며, 이는 유럽 내 환경 인증 절차를 단축시킬 수 있는 중요한 기술적 근거로 활용되고 있다. 미국에서도 Redwood Materials, Ascend Elements 등은 IRA의 원산지 요건 충족을 위한 공급망 내재화 특허를 잇따라 확보하고 있으며, 이는 향후 북미 지역 OEM과의 협업 확대에 중요한 전략적 자산이 될 것으로 평가된다.

향후 전망으로는, 단순한 소재 혁신을 넘어서 ESG 기준 통합, 지역 공급망 다변화, 제품 수명 주기 관리 등 복합적 기술·정책 연계를 고려한 포괄적 특허 전략이 더욱 중요해질 것으로 보인다. 이에 따라 스타트업들은 기술력을 넘어 정책 이해도, 국제 협약 준수 능력, 지식재산권의 다국적 연계 전략 등 전방위적인 역량을 요구받고 있다. 결국, 친환경 배터리 소재 스타트업의 생존과 성장은 특허라는 무형 자산을 어떻게 활용하고 진화시키느냐에 달려 있으며, 이들의 혁신 역량은 배터리 산업 전반의 지속 가능성을 좌우하는 중요한 열쇠가 될 것이다.