K배터리, '실리콘 음극재' 특허 질적 경쟁 우위…中은 출원량 압도

SNE리서치 분석

실리콘 음극재 특허 경쟁에서 중국이 양적으론 앞서지만, 질적 측면에서 우리나라 기업들이 출원한 특허의 영향력이 앞선 것으로 분석됐다.

시장조사업체 SNE리서치는 지난달 발간한 ‘실리콘산화물(SiO)-실리콘카바이드(SiC) 특허 리포트’는 지난해 기준 실리콘 음극재 출처 현황을 조사해 14일 이같이 분석했다.

실리콘 음극재는 고용량화, 장수명화에 강점을 보이며 특히 전고체 배터리·고출력 전기차 등 차세대 응용 분야에서 필수 소재로 자리잡고 있다.

SiO-SiC 관련 출원된 특허 중 중국 비중은 68%인 2천726건으로 조사됐다. 한국은 20% 비중의 801건으로 집계되고 미국(9%)과 일본(3%)이 뒤를 이었다.

유효특허 출원 수 이상의 데이터를 보면, 한국 기업들의 경쟁력이 두드러지는 것으로 분석됐다. 

업체별 Si 음극소재 특허 현황. 1구간: 2000-2004년, 2구간: 2005-2009년, 3구간: 2010-2014년, 4구간: 2015-2019년, 5구간: 2020-2024년(출처=SNE리서치)

특히 특허의 피인용 횟수와 특허 패밀리 수(같은 발명에 기반한 특허들의 모음)를 기준으로 평가되는 핵심 특허 수에서는 한국의 LG화학, LG에너지솔루션, 미국 에너베이트, 일본 신에쓰 등이 글로벌 선두에 있는 것으로 나타났다.

SNE리서치에 따르면 중국은 BTR, BYD 등을 중심으로 SiC 구조체 및 양산 공정 관련 특허를 다수 보유하며 특허 수 기준 글로벌 우위를 차지하고 있다. 

반면 일본 신에쓰는 소재 합성 및 표면 개질 분야(Si/SiO 합성 및 C코팅)에 강점을 보이며 틈새 전략을 펼치고 있다. 

한국은 LG에너지솔루션, 삼성SDI를 중심으로 복합 구조 설계 및 계면 안정화 기술을 고도화하며(SiC-SiO 복합체), 특허의 질적 경쟁력을 바탕으로 점유율을 높여가고 있다.

2000년대 후반부터 실리콘계 음극재는 흑연의 용량 한계를 넘는 대안으로 주목받아 왔다. 초기에는 SiO 기반 복합체가 연구의 중심이었으나, 반복되는 팽창·수축으로 인한 전극 파손 문제가 한계로 지적됐다. 이에 따라 최근 실리콘 음극 기술은 전기전도성과 구조 안정성이 우수한 SiC 기반 복합체로 무게 중심을 옮기고 있다. 내부 공간을 확보해 팽창을 흡수할 수 있는 '요크쉘' 구조가 새로운 설계 표준으로 부상하고 있다.