전고체 배터리 개발 경쟁 치열…특허-日기업, 성능·수명 韓기업

도요타가 전고체 배터리 특허에서 압도적 1위를 차지한 가운데 일본기업이 톱10을 지배하고 있는 것으로 나타났다. 그러나 성능과 수명에서는 LG에너지솔루션·삼성SDI 등 한국 기업들이 여전히 우위를 점하고 있는 것으로 조사됐다.

닛케이 연구 결과에 따르면 도요타 자동차는 단연 전고체 배터리 특허의 선두 보유자이며, 일본 기업들이 전기 자동차용 차세대 전원 개발 경쟁에서 어떻게 우위를 점하고 있는지를 보여준다.
전고체 배터리는 기존 리튬 이온 배터리에 사용되는 액체 전해질을 사용치 않는다. 일본 전자기업인 TDK 등은 이미 소형 전고체 배터리를 시장에 내놓았지만, 전기차용 전고체 배터리는 여전히 시제품 단계에 있다.

전고체 배터리는 전기차의 주행 거리를 두 배로 확대하고 재충전 시간은 3분의 1이 소요될 것으로 예상된다. 배터리는 또한 화재 위험을 줄이는 것으로 알려져 있다.

전고체 배터리가 직면한 한 가지 주요 장애물은 비용이다. 일부 추정에 따르면 전고체 배터리는 일반적인 리튬 이온 배터리보다 4배 이상 비싸다.

닛케이는 세계 지적 재산권 기구(World Intellectual Property Organization)와 다른 그룹에 제출된 전고체 배터리 특허 출원을 검토하기 위해 일본 도쿄 특허 연구 회사인 ‘페이튼트 리절트(Patent Result)’와 제휴했다. 이 연구는 10개 국가와 지역에서 2000년부터 금년도 3월 말까지 제출된 신청서를 조사했다.

‘페이튼트 리절트’는 특허 분석 소프트웨어 기술력 평가지표 개발 및 판매 및 관련 정보 등을 제공하는 기업이다.

도요타는 1331개의 알려진 특허를 보유한 선두주자인 반면 파나소닉 홀딩스는 445개의 특허를 보유하고 있어 2위이다. 이데미츠코산(Idemitsu Kosan)은 272개의 특허를 보유하고 있어 일본 기업이 1위부터 3위를 차지했다.
4위 삼성SDI는 5위권에 진입한 유일한 외국인 기업이었다. 종합하면 일본 기업이 상위 10위 안에 6개를 휩쓸었다.

도요타는 1990년대부터 전고체 배터리를 연구해 왔다. 이 회사는 배터리 구조, 재료 및 제조 공정을 포함한 광범위한 응용 분야에서 특허를 보유하고 있다.

2020년에 도요타는 전고체 배터리로 구동(주행)되는 프로토타입 차량을 개발하여 먼저 출시하였다. 같은 해 도요타와 파나소닉은 EV배터리 합작 투자사를 설립하였으며, 두 회사는 고체 기술을 연구 개발하기 위해 협력하고 있다.

일본 최대 정유업체중 하나인 이데미츠는 주로 전고체 배터리용 금속 재료에 대한 특허를 보유하고 있다.

일본 이외의 경쟁자들이 전고체 배터리 특허 게임에서 입지를 다지고 있다. 특히 한국 기업들은 포트폴리오의 특허를 극적으로 확장했다.

2016년과 2020년 사이에 도요타는 보유 특허를 약 40% 늘렸다. 같은 기간 삼성SDI는 특허를 2배 이상, LG화학은 3배로 늘렸다.

한국 기업은 배터리 수명과 같은 실제 성능과 직접적으로 관련된 수많은 특허를 보유하고 있다.

소니 그룹은 1991년에 최초로 충전식 리튬 이온 배터리를 상용화한 회사이다. 일본 기업은 EV 배터리에서 계속해서 강점을 보여 왔다. 도쿄 시장 분석 회사인 테크노 시스템스 리서치(Techno Systems Research)에 따르면 2018년 파나소닉은 해당 카테고리에서 가장 큰 글로벌 점유율을 차지했다.

그러나 최근 몇 년 동안 정부의 지원을 받는 중국 기업들은 배터리에 막대한 투자를 하여 일본 경쟁업체의 영향력을 약화시켰다. 작년에 파나소닉은 시장 점유율에서 3위로 떨어졌다.

도요타는 올해 상반기 전고체 배터리를 탑재한 하이브리드 차량을 출시한다. 닛산자동차와 혼다자동차는 2020년대 후반에 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 출시할 계획이다. 폭스바겐 등 일본 외 자동차 제조사들도 자체적으로 전고체 배터리를 탑재한 모델을 출시할 계획을 갖고 있다.


김세업 글로벌이코노믹 기자