NCM이 뭐길래! 이를 둘러싼 특허 전쟁

NCM이 뭐길래! 이를 둘러싼 특허 전쟁

대학생신재생에너지기자단 22기 정이진

 

LG화학, 중국 정부에 특허권 침해 조사 신청

[자료 1. LG화학]

출처: 디지털데일리

LG화학이 정부에 중국 양극재 기업에 대한 특허권 침해 조사를 신청했다. LG화학은 중국 기업 3곳이 중국산 양극재의 자사 특허 기술을 침해했다며 중국기업 3곳과 이를 납품 받아 스마트폰을 제조 및 판매한 국내 기업 1곳에 대해 의혹을 제기한 것으로 알려졌다. 여기서 논란이 된 부분은 바로 스마트폰에 들어가는 이차전지 양극재인 ‘NCM811’의 특허권이다. LG화학 측은 중국 기업이 자사가 개발한 분말 형태의 양극재 제조 특허 기술을 무단으로 사용해 양극재를 생산했음을 주장하고 있다. 중국이 미국의 전기차 배터리 공급망을 약화하려는 규제를 피하고자 중국산 양극재를 한국 우회 수출을 늘리면서 중국과의 이차전지 특허 분쟁이 지속해서 증가할 것이라고 보는 시각도 존재한다. 이처럼 NCM을 둘러싼 특허 전쟁은 이번이 처음이 아니다. 중국 이외에도 각국에서는 NCM을 둘러싼 특허 전쟁을 펼치고 있다. 그렇다면 NCM은 무엇이며, 이를 둘러싼 특허 분쟁에 대해 알아보자.

 

NCM이란 무엇인가?

[자료 2. 코발트 광산]

출처: 로이터 

특허 분쟁의 중심에 있는 NCM의 정확한 표현은 LNCMO로 LCO(리튬•코발트•옥사이드)가 기본형이다. LCO는 리튬이온배터리 양극재의 가장 기본이 되지만 55% 이상 충전되면, 내부에서 비가역적 상전이가 발생해 배터리의 용량이 줄어들고 결국 사이클 특성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한 LCO의 C는 코발트로 구리나 니켈 광산에서 부산물로 채굴되기 때문에 채굴량이 적고 가격이 높다. 게다가 전 세계 코발트 중 60%는 콩고민주공화국에서 생산되는데, 정세 불안으로 코발트 공급이 불안정해 가격은 더욱 높아지고 있으며 그 과정에서 노동인권 문제 역시 끊임없는 논란거리가 되고 있다.

이외에도 LNO와 LMO가 있다. LNO의 N은 니켈로 코발트 대비 가격이 저렴하고 용량이 크지만, 열적 안정성이 낮다. LNO는 LCO에 비해 구조적 불안정성을 갖기 때문에 이를 해결하고자 다량의 산소를 공급해 만든다. 그러나 온도가 올라가면 산소의 이탈이 비가역적으로 발생하면서 사이클 특성이 떨어지는 양상을 보인다. NMO 역시 충∙방전 과정에서 비가역적인 상전이로 인해 단독으로 사용하기에는 어려움이 있다.

[자료 3. NCM 배터리]

출처: LG Energy Solution

NCM은 니켈, 코발트 망간으로 구성된 양극재로, LCO에서 코발트의 비중을 쪼개 니켈과 망간을 추가한 것이다. 앞서 언급한 세 기본형 양극재를 혼합해 3원계 양극 물질을 개발한 것이다. 처음 개발된 NCM은 니켈, 코발트, 망간이 1:1:1의 비중을 차지하고 있었다. 니켈, 코발트, 망간은 양극재 내에서 각각 다른 역할을 수행하며 상호 보완적인 관계를 형성했다. 먼저 니켈은 배터리의 용량을 결정하는 핵심 광물로, 니켈의 비중이 커질수록 배터리의 에너지 밀도가 높아지는 특성이 있다. 코발트는 양극재의 부식을 막아 안정성을 높이는 역할을 수행한다. 마지막으로 망간은 배터리의 충∙방전 과정에는 참여하지 않고 니켈과 코발트가 안정적으로 화학반응을 할 수 있도록 기여한다. 기존 동향은 가격이 높은 코발트의 비중을 낮추고 니켈의 함량을 높여 고용량을 추구하는 동시에 원료 가격을 줄이는 하이니켈을 지향했다. 그러나 최근에는 이차전지 리사이클에 대한 관심이 높아지면서 코발트 비중 감소를 넘어서 독성물질인 코발트를 제거한 “코발트 프리” 양극재 역시 활발히 연구 중이다.

 

NCM 특허권 전쟁, 그 속에서 한국은?

[자료 4. 특허 전쟁]

출처: 매일경제

NCM은 특허 분쟁의 중심에 섰다. NCM 양극재의 원천 특허는 미국의 아르곤 국립연구소가 2000년 6월에 최초로 취득했다. 이와 유사한 시기인 3개월 뒤, 미국의 사기업인 3M에서 신규성을 인정받은 NCM이 특허를 취득했다. 배터리 산업이 성장한 후, 아르곤연구소는 각국의 기업에 특허권을 행사하여 독일 회사인 바스프와 일본의 토다 공업과 라이선스 계약을 체결했다. 우리나라 역시 LG화학이 2007년 ‘NCM523(니켈 코발트 망간 비율 5:2:3)’ 배터리를 양산하고 미국 제너럴모터스(GM)에 공급하기 위해서 아르곤연구소와 라이선스 계약을 맺었다. 이외에도 아르곤연구소는 삼성정밀화학과 합작해 에스티엠(STM)을 설립하고 이차전지 개발을 이어나갔으며 이는 현재 삼성 SDI의 자회사로 남았다.

3M은 ‘NCM111(니켈 코발트 망간 비율 1:1:1)’을 개발하고 특허를 미국뿐만 아니라 한국, 중국, 일본에도 특허 등록을 마쳤다. 3M은 특히 특허권 침해를 주장하며 각국의 기업과 합의를 끌어내는 특허 전쟁을 시작했다. 대표적으로 소니, 마쓰시타, 산요를 상대로 수년에 걸친 특허 침해를 주장했으며, 합의를 이뤘다. 우리나라 기업 역시 3M의 특허권을 확보하고자 엘앤에프, 에코프로, LG화학이 라이선스 계약을 체결했다. 또한 유미코어와 바스프가 공동으로 사용가능한 특허를 개발했고 이는 한국, 중국, 일본, 미국 및 유럽 등에서 출원된 100개 이상의 특허권에 적용되고 있다.

국내 NCM 기업들은 하이니켈을 주축으로 자체 역량을 갖춰가고 있으나 해외 특허에서 벗어나지 못했다. LG화학과 SK이노베이션은 NCM622를 상용화하는 데 성공했고 SK이노베이션과 에코프로비엠이 합작으로 NCM811을 세계 최초로 개발해 전기차용 전지를 상용화했다. 그러나 한국의 양극재 기업은 여전히 미국의 CAMX와 라이선스 계약을 체결해 특허에서 벗어나지 못한 양상을 보인다.

 

차세대 배터리 특허 전쟁

[자료 5. 배터리 양극재]

출처: LG화학

많은 한국기업이 NCM 배터리의 특허에서 벗어나지 못했던 경험을 바탕으로 차세대 배터리 특허 전쟁을 준비하고 있다. 한국특허전략개발원에 따르면 2008년 출원돼 2021년 6월까지 공개된 건에 대해 LG화학이 일본의 도요타 다음으로 많은 특허를 보유하고 있다. 삼성전자 역시 다수의 특허를 보유 중이며 이와 별개로 삼성 SDI 역시 많은 특허를 보유 중이다. 현대자동차는 리튬 전고체전지 및 리튬 황전지 특허를 다수 갖고 있어 특허권 전쟁을 대비하는 것을 볼 수 있다. 이외에도 일본의 도요타는 이차전지 관련 특허를 가장 많이 보유하고 있으며 중국의 CATL과 BYD 또한 특허 강자로 떠올랐다. 배터리 업계의 초기 양상과는 달리 한국, 중국, 일본이 특허권을 장악하고 있다. 차세대 배터리에서는 아시아 국가를 중심으로 새로운 특허권 전쟁이 펼쳐지리라 예상한다.

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이차전지 양극재에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "우리나라는 왜 하이니켈일까", 21기 곽서영, 정의희, 한세민, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4124

우리나라는 왜 하이니켈일까?

2. "니켈, 배터리 고속 충전에도 도움이 된다고?", 23기 김태현, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4168

니켈, 배터리 고속 충전에도 도움이 된다고?

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참고문헌

[LG화학, 중국 정부에 특허권 침해 조사 신청]

1) 김상희, ““이차전지 경쟁 치열”…LG화학, 中 양극재 특허권 침해 조사 신청”, 조세일보, 2024.01.11.,
https://www.joseilbo.com/news/htmls/2024/01/20240111507380.html

2) 이슬기, “LG화학, 中 양극재기업 특허권 침해 조사 신청∙∙∙정부, 조사 개시(종합)”, 연합뉴스, 2024.01.11., https://www.yna.co.kr/view/AKR20240111105651003

[NCM이란 무엇인가?]

1) 배터리인사이드, "(인포그래픽#9) 양극재NCM", 2023.04.20.,
https://inside.lgensol.com/2023/04/%EC%9D%B8%ED%8F%AC%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%94%BD9-%EC%96%91%EA%B7%B9%EC%9E%ACncm/

2) 배터리인사이드, "배터리 용어사전 - 삼원계 배터리", 2022.05.05.,
https://inside.lgensol.com/2022/05/%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC-%EC%9A%A9%EC%96%B4%EC%82%AC%EC%A0%84-%EC%82%BC%EC%9B%90%EA%B3%84-%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC/

3) LG케미토피아, “폴리머 인사이트 #39 이차전지 핵심, 양극재(Cathode Material)”,  2021.11.29., https://blog.lgchem.com/2021/11/29_cathode_material/

[NCM 특허권 전쟁, 그 속에서 한국은?]

1) 강희종, “[배터리완전정복]⑫NCM강국 韓, 핵심 특허는 미국 보유”, 아시아경제, 2023.11.25.,
https://www.asiae.co.kr/article/2023112223453010324

[차세대 배터리 특허 전쟁]

1) 강희종, “[배터리완전정복]⑫NCM강국 韓, 핵심 특허는 미국 보유”, 아시아경제, 2023.11.25.,
https://www.asiae.co.kr/article/2023112223453010324