2026년 1월 모빌리티 플랫폼 기업 아이엘이 리튬메탈 음극의 덴드라이트 억제 특허 등록을 발표했다. 리튬메탈은 이론적으로 가장 높은 에너지밀도를 낼 수 있는 ‘최종 음극재’로 꼽히지만, 충방전 중 리튬이 뾰족하게 자라나는 덴드라이트 현상이 내부 단락과 화재로 이어질 수 있어 상용화의 최대 걸림돌로 남아 있다. LG에너지솔루션 등도 관련 특허를 꾸준히 축적하고 있다.
기본 원리
리튬메탈 음극은 흑연처럼 리튬을 층간에 저장하는 게 아니라 리튬 금속 자체가 음극이 된다. 충전 시 리튬 이온이 표면에 석출되는데, 이 석출이 균일하지 않으면 바늘 모양의 덴드라이트가 자라 분리막을 뚫고 양극과 접촉해 단락을 일으킨다. 특허 대응 전략은 크게 ①집전체 표면에 보호층을 코팅해 균일한 석출을 유도하는 방식 ②분리막 쪽에 무기 나노입자층을 둬 물리적으로 덴드라이트 성장을 막는 방식으로 나뉜다.
특허 관점
KR102340319B1(리튬 메탈 음극 구조체, 이를 포함하는 전기화학소자, 및 그 제조방법)의 청구항 핵심은 리튬메탈 음극 표면에 분리막을 부착하되, 그 분리막에 5~200nm 크기의 무기 나노입자로 이루어진 무기층을 코팅하고, 이 무기층이 리튬메탈 음극과 다공성 기재 사이에 위치하도록 한정한 점이다. 나노입자 크기를 좁은 범위로 못 박아, 이보다 크거나 작은 입자를 쓰는 경쟁 기술은 권리범위를 벗어나게 설계됐다. 명세서는 압연 롤이나 프레스로 이 구조체를 제조할 수 있다고 밝혀, R2R 공정과의 접점도 시사한다.
아이엘이 등록한 특허(보호층을 포함하는 리튬 이차전지용 음극)는 접근이 다르다. 구리 집전체 표면에 리튬 전이금속 산화물 기반 기능성 보호층을 형성해 리튬의 균일한 석출을 유도하는 구성이 핵심으로, 집전체-리튬 계면에서의 전기화학적 안정성 확보에 초점을 맞췄다. 두 특허 모두 “덴드라이트를 없앤다”가 아니라 “불균일 성장을 억제한다”는 정도의 청구범위를 취하고 있어, 완전한 해결책이라기보다는 리스크를 낮추는 기술임을 특허 문언 자체가 시사한다.
한계와 전망
리튬메탈 음극 특허들이 공통으로 “억제(suppress)”라는 표현을 쓴다는 점은 의미심장하다. 아직 덴드라이트를 원천 차단하는 기술은 특허 문헌 어디에도 등장하지 않는다. 전고체 배터리와 결합했을 때 리튬메탈의 강점이 극대화될 것으로 보이는 만큼, 향후 특허는 액체 전해질보다 고체전해질과의 계면 설계 쪽으로 집중될 가능성이 크다.
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