특허로 보는 배터리 기술의 미래 10년 예측

1. [에너지 밀도 혁신] 실리콘 음극·리튬금속·완전 고체 기술 특허가 여는 차세대 배터리의 서막

향후 10년간 배터리 기술의 진보는 단순한 성능 향상을 넘어선 ‘패러다임 전환’으로 이어질 전망이다. 그 중심에는 에너지 밀도 향상을 가능케 하는 신소재 기반 특허 기술들이 있다. 2020년대 중반 이후 출원된 실리콘 음극 관련 특허는 흑연 대비 10배 이상 높은 이론적 용량을 구현하기 위한 실질적 접근을 담고 있으며, 파괴적 기술로 주목받고 있다. 특히 삼성SDI와 Sila Nanotechnologies 등은 팽창 문제를 해결하는 표면처리 및 복합소재 기술로 에너지 밀도와 수명 간 균형을 도모하며 고도화된 포트폴리오를 구축 중이다.

한편, 리튬금속 음극과 완전 고체 전해질 관련 특허도 급증하고 있다. 리튬금속 음극은 기존 리튬이온 대비 40~50% 이상의 에너지 밀도 향상을 가능케 하지만, 수지상(dendrite) 형성에 따른 단락 문제가 걸림돌이었다. 이를 해결하기 위한 고체 전해질, 특히 황화물계·산화물계 전해질 소재에 대한 복합 코팅 및 계면 안정화 기술은 2023년 이후 삼성, 토요타, CATL 등에서 다수 출원되며 기술 경쟁의 축으로 부상하고 있다. 이러한 특허들은 향후 배터리 셀 설계 자체를 재정의하며, 단순한 에너지 저장 장치를 넘어서 ‘차세대 에너지 플랫폼’으로의 전환을 견인할 것이다.

2. [재활용 및 순환 경제] 폐배터리 특허의 전략화: 습식 vs 건식 공정, 그리고 제2의 전쟁터

친환경 및 자원 확보 관점에서 폐배터리 재활용 기술은 향후 10년간 가장 치열한 특허 분쟁 지대가 될 것으로 예상된다. 리튬, 니켈, 코발트 등 핵심 소재의 가격 변동성과 공급망 리스크가 심화하면서, ‘도시광산’이라 불리는 폐배터리에 대한 기술적, 전략적 관심이 급격히 증가하고 있다. 특히 습식(용매 기반 추출) 공정은 기존 대비 높은 회수율을 바탕으로 다양한 금속 분리 기술이 특허로 보호되고 있으며, 중국 GEM, 미국 Redwood Materials 등이 활발히 특허를 확보 중이다.

반면, 건식(열적 또는 기계적 전처리 기반) 공정은 에너지 효율성과 환경적 안전성을 이유로 한국과 유럽계 기업 중심으로 고도화되고 있다. LG에너지솔루션과 포스코퓨처엠은 최근 5년간 다단계 파쇄, 비산 방지 설계, 흄 제거 장치 등 안전성 확보를 위한 특허 출원을 집중해 왔다. 향후에는 단순한 재활용을 넘어서, 원소별 ‘정제 순도’를 제어하는 정밀 공정 기술의 특허 경쟁이 격화될 것이며, 이 과정에서 누가 더 지속 가능한 비즈니스 모델을 특허로 묶어내느냐가 핵심 경쟁력이 될 것이다. 폐배터리는 이제 끝이 아닌, 기술 경쟁의 새로운 출발점이다.

3. [지능형 배터리 관리] BMS 특허의 진화: 인공지능·가상모형·사이버보안 통합

차세대 배터리 기술의 진화는 물리적 소재에만 국한되지 않는다. 배터리의 수명, 안전성, 효율성을 극대화하기 위한 지능형 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System) 기술 역시 특허 경쟁의 핵심 축이 되고 있다. 2024년 이후의 특허 동향을 보면, 기존의 전압·온도 모니터링을 넘어 기계학습 기반 수명 예측, 가상모형 시뮬레이션, 사이버 보안 기술이 통합되는 방향으로 진화하고 있다. SK온과 Bosch는 배터리 내부 데이터를 실시간 분석해 이상 징후를 사전 진단하는 AI 기반 예측 모델 관련 특허를 집중 출원 중이다.

또한, 가상모형 기술을 이용해 실제 배터리 작동을 가상공간에서 재현하고 최적화하는 시스템은 차량용 배터리만 아니라 에너지 저장 시스템(ESS) 분야에서도 확대되고 있다. 이와 함께 배터리 시스템을 노리는 해킹 위험이 증가함에 따라, 블록체인 및 다중 인증 기반의 사이버 보안 기술 특허도 활발하게 개발되고 있다. 지능형 BMS 특허는 단순한 부품 기술을 넘어, 배터리의 신뢰성과 안전성을 담보하는 핵심 운영 시스템으로 자리 잡고 있으며, 이는 향후 자율주행차, 항공 모빌리티, 스마트그리드 등 미래 산업 전반의 경쟁력을 좌우할 기반 인프라가 될 것이다.

4. [정책과 표준의 특허화] 글로벌 규제·인증의 기술 내재화와 특허의 역할

배터리 산업의 향방은 기술 그 자체뿐만 아니라, 이를 둘러싼 글로벌 정책 및 표준의 방향성에 깊이 영향을 받는다. 향후 10년간 특허의 역할은 단순한 기술 보호에서 벗어나, 국제 규제 준수 및 산업 표준 선점 도구로 진화할 것이다. 유럽연합의 배터리 패스포트(Battery Passport) 제도와 탄소배출 규제는 기술 기업들이 지속가능성을 입증할 수 있는 ‘특허 기반 설루션’을 요구하고 있으며, 이 과정에서 LCA(Life Cycle Assessment) 분석 알고리즘, 탄소 배출량 측정 및 추적 기술이 특허의 주요 내용으로 부각되고 있다.

또한, UN 및 IEC 등 국제기구의 안전기준 강화 움직임은 배터리 폭발 방지, 누액 억제, 내열 구조 설계 등과 관련된 안전 기술 특허의 확대를 유도하고 있다. CATL과 BYD는 셸 구조 내부에 다중 안전 메커니즘을 도입한 특허 기술을 통해 글로벌 인증 대응력을 확보하고 있으며, 이는 단순한 제품 경쟁력보다 ‘규제 대응 능력’이 브랜드 신뢰도에 직결되는 시대가 도래했음을 시사한다. 향후에는 ‘정책 내재화 기술’이 특허화되며, 기업의 글로벌 확장성을 결정짓는 중요한 무형 자산이 될 것이다. 기술을 가진 자가 시장을 지배하던 시대에서, 이제는 ‘정책까지 특허화한 자’가 글로벌 게임의 주도권을 쥐는 시대가 열리고 있다.