이차전지 셀 생산라인에서 권취(와인딩) 공정은 양극판·음극판·분리막을 겹쳐 감아 전극조립체를 만드는, 생산속도와 품질을 동시에 좌우하는 핵심 구간입니다. 문제는 권취 사이클의 가속·감속 구간마다 아이들 롤러(구동원 없이 소재를 지지하며 함께 도는 롤러)의 회전관성 때문에 장력이 미세하게 출렁인다는 점입니다. 국내 등록특허 KR101899991B1(2차전지 제조장치의 장력 제어방법)은 이 "롤러 하나의 관성모멘트"까지 계산식에 넣어 장력을 보정하는 방법을 청구항으로 확보했습니다.
긴장 요인은 이 특허가 2016년 출원된 비교적 오래된 특허임에도 여전히 활성(Active) 상태이고, 삼성SDI·LG에너지솔루션 계열 후속 특허들이 이를 선행기술로 인용하고 있다는 점입니다. 이 글은 "권취 장력제어라는 익숙한 설계 요소가 어디까지 특허로 묶여 있고, 어디서부터 설계 자유도가 남아 있는가"라는 질문에 답합니다.
기본 원리
이 특허의 아이디어는 "그네를 미는 타이밍"에 비유할 수 있습니다. 그네(소재)를 밀 때 그네에 매달린 사슬(아이들 롤러)이 자체 무게 때문에 가속·감속 구간에서 미는 힘의 일부를 흡수하거나 되돌려줍니다. 이 사슬의 관성을 무시하고 일정한 힘으로만 밀면, 출발과 정지 구간에서 그네가 출렁이듯 소재의 장력도 흔들립니다. 이 특허는 아이들 롤러의 무게·반경·두께로 계산한 회전관성모멘트 값을 미리 로딩해두고, 권취 선속이 바뀌는 구간(가속·감속)에서 이 값만큼 장력조절장치(전공 레귤레이터 등)의 장력 적용량을 선제적으로 보정하는 방식입니다.
비교: 청구항 구성요소 요약
| 구성요소 | 역할 | 독립항(청구항 1) 결합 여부 |
|---|---|---|
| 아이들 롤러 회전관성모멘트 정보 로딩 단계 | 롤러 무게·반경·두께 기반 관성값 산출·저장 | 필수 |
| 권취 선속 변화구간(가속·감속) 정보 로딩 단계 | 권취 사이클의 초기 가속구간·말기 감속구간 특정 | 필수 |
| 장력 적용량 조절 단계 | 변화구간에서 관성에 의한 장력 변화량만큼 장력조절장치 출력 보정 | 필수 |
| 등속구간 실측 피드백(종속항 3) | 등속구간에서는 실측 장력을 목표 장력으로 조절 | 종속(선택적) |
| 전공 레귤레이터 피벗 각도 제어(종속항 5·6) | 장력조절장치의 구체적 구현 방식 | 종속(선택적) |
| 소재 자체 질량의 관성모멘트 반영(종속항 8·9) | 아이들 롤러 외 소재 자체 관성까지 포함 | 종속(선택적, 제2실시예) |
이 표가 말하는 것: 독립항(청구항 1)의 핵심은 "① 롤러 관성정보 로딩 → ② 가속·감속구간 정보 로딩 → ③ 그 관성값에 대응한 장력 선제 보정"이라는 3단계 결합이며, 장력조절장치의 구체적 구조(전공 레귤레이터, 댄서형 등)나 소재 자체 관성 반영 여부는 모두 종속항으로 빠져 있어 권리 범위의 핵심은 생각보다 좁게 설계되어 있습니다.
특허 관점
청구항 요지: 출원인은 (주)피토(발명자 조석민)이며, 2016년 11월 29일 국내 출원(KR1020160160444A)과 동시에 중국(CN201711225032.1A)·일본(JP2017229564A)에 우선권을 주장해 패밀리를 구성했습니다. 2018년 9월 18일 등록·공개되어 2036년 11월 29일 만료 예정인 활성 특허이며, 총 9개 청구항(독립항 1개, 종속항 8개) 구조입니다.
출원 흐름: Google Patents 기준 선행인용 특허 6건 중에는 삼성SDI의 KR101265196B1(2차전지 제조장치, 이 특허 자체의 배경기술로 명시)과 KR101914566B1(전극 조립체 권취 장치 및 제어 방법)이 포함되어 있어, 이 발명이 삼성SDI의 기존 권취 장력제어 기술의 한계(관성모멘트 미반영)를 보완하는 개량 발명으로 자리매김했음을 알 수 있습니다. 피인용(Cited by) 특허 12건 중에는 LG에너지솔루션의 전극조립체 제조장치 특허(KR102690895B1, KR102430866B1)와 삼성SDI의 후속 특허(US12371291B2, 2025년 등록 "실시간 정밀 장력측정이 가능한 권취장치")가 포함되어 있어, 이 분야 기본기술 중 하나로 계속 인용되고 있을 가능성이 있습니다.
회피 포인트: 이 특허의 문언 침해를 판단하려면 (1) 장력 보정이 실제로 "아이들 롤러의 회전관성모멘트" 값을 사전 로딩해 계산에 반영하는 구조인지, (2) 그 보정이 "가속·감속구간"이라는 특정 구간에 대응해 이루어지는지를 대조해야 합니다.
회피설계 시나리오(반론): 관성모멘트를 사전 계산·로딩하는 대신 실시간 장력 센서(댄서형 등)의 PID 피드백만으로 장력을 보정하는 방식은 "관성모멘트 정보 로딩"이라는 구성요소를 결여해 문언 침해를 회피할 가능성이 있습니다. 다만 결과적으로 동일한 장력 안정화 효과를 낸다면 균등론 판단 대상이 될 수 있어, 이는 사안별 검토가 필요한 가능성 차원의 서술입니다.
한계 및 전망
낙관적으로 보면, 이런 세밀한 물리 모델 기반 특허들이 쌓이면서 국내 이차전지 장비업체의 권취 기술 고도화가 촉진될 가능성이 있습니다. 그러나 반대 시나리오도 있습니다. (주)피토처럼 특정 부품·공정 단위 특허를 촘촘히 확보한 중소 장비업체가 늘어나면, 대형 셀메이커나 신규 장비업체가 권취부 설계를 조금만 변경해도 여러 건의 세부 특허를 동시에 피해가야 하는 복잡성이 커질 가능성이 있습니다.
전략적 대안으로는, 권취 장력제어 설계 시 관성모멘트 사전 로딩 방식이 아닌 실시간 다중 센서 피드백(장력·직경·속도 동시 측정) 기반 제어 아키텍처를 처음부터 채택해, 이 특허군과 구조적으로 구별되는 독자 노선을 확보하는 방향을 검토할 수 있습니다.
액션: 설비 설계·IP 담당자는 자사 권취 설비의 장력 보정 로직이 "관성모멘트 사전 로딩형"인지 "실시간 센서 피드백형"인지 우선 구분하고, 전자에 해당한다면 KR101899991B1 및 관련 패밀리(CN201711225032.1A, JP2017229564A)의 청구항 1과 1:1 대조하는 FTO 스크리닝을 진행할 것을 권장합니다.
본 특허 분석은 2026년 9월 10일 Google Patents 원문(patents.google.com/patent/KR101899991B1/ko) 직접 확인을 근거로 작성되었습니다. 특허 등록 유지 여부, 침해 소지, 회피 설계의 실효성은 모두 가능성으로만 제시된 것이며, 확정적 법률 자문을 대체하지 않습니다. 실제 설계 적용 전에는 변리사·특허법인의 정식 FTO 검토를 받으시기 바랍니다.