① 무엇이 화제인가
이차전지 전극 코팅 공정에서 오랫동안 풀리지 않던 문제 하나는 “두 개의 서로 다른 슬러리를 동시에, 그것도 고속으로, 두께 편차 없이 겹쳐 바를 수 있는가”였다. 실리콘 음극재나 니켈리치 양극재처럼 활물질 조성이 위치별로 달라지는 이중층(Double Layer) 전극 구조가 늘어나면서, 이 코팅 균일도 문제는 수율과 직결되는 병목이 됐다. 2025년 12월 11일 공개된 LG에너지솔루션의 미국 특허출원 US20250375790A1(듀얼 슬롯다이 코터 및 이를 이용한 전극 활물질 슬러리 코팅 방법)은 바로 이 지점을 정면으로 겨냥한다.
업계에서는 이중층 전극 코팅을 위해 단일 슬롯 다이(Slot Die)를 두 대 순차 배치하거나, 콤마 코팅(Comma Coating) 방식을 혼용하는 경우가 많았다. 그러나 이런 방식은 설비 풋프린트가 커지고 공정 단계가 늘어난다는 단점이 있다. 이 특허가 답하려는 질문은 명확하다 — “하나의 다이 헤드 안에서 두 슬롯의 형상만 다르게 설계하면, 순차 코팅 없이도 균일한 이중층을 만들 수 있는가?”
② 기본 원리
슬롯다이 코팅(Slot Die Coating)은 좁은 틈(슬롯)을 통해 슬러리를 일정한 압력으로 밀어내 집전체(Current Collector) 표면에 얇은 막을 형성하는 압출 코팅 방식이다. 이 특허의 핵심 아이디어는 다이를 하부 플레이트·중간 플레이트·상부 플레이트, 3단으로 쌓아 그 사이에 하부 슬롯과 상부 슬롯 두 개를 만들고, 각 플레이트 끝단의 “다이립(Die Lip)” 두께를 서로 다르게 설계한 것이다. 비유하자면 이는 3단 케이크 틀의 각 층 테두리 높이를 미세하게 다르게 깎아, 두 종류의 크림을 동시에 짜내도 서로 섞이지 않고 위아래로 깔끔하게 층을 이루게 만드는 것과 비슷하다. 청구항에 따르면 하부 다이립의 두께가 중간·상부 다이립보다 두껍게 설계되는데, 이 두께 차이가 슬러리가 역류하거나 섞이지 않도록 유동을 안정시키는 역할을 한다.
③ 비교: 코팅 방식별 구조와 특성
| 구분 | 단일 슬롯다이 순차코팅 | 콤마 코팅 | US20250375790A1 (듀얼 슬롯다이) |
|---|---|---|---|
| 레이어 형성 방식 | 1차 코팅 후 건조, 2차 코팅 순차 진행 | 롤과 블레이드 간극으로 두께 제어 | 하나의 다이에서 이중층 슬러리 동시 압출 |
| 설비 풋프린트 | 큼 (건조로 2회 필요) | 중간 | 상대적으로 작음 (단일 다이 헤드) |
| 두께 균일도 제어 | 공정 간 정합 오차 발생 가능 | 전단력 의존, 저점도 슬러리에 유리 | 다이립 두께 차등 설계로 층간 혼합 억제 (청구항 구성) |
| 공개·출원 정보 | 업계 범용 공정 | 업계 범용 공정 | 공개 2025-12-11, 출원인 LG Energy Solution Ltd, 계속출원(Divisional), 우선권 KR10-2020-0119919(2020-09-17) |
이 표가 말하는 것: 이 특허의 차별점은 새로운 코팅 원리가 아니라 “다이립 두께 비율”이라는 구체적 구조 파라미터를 청구항 구성요소로 고정했다는 데 있으며, 이는 순차코팅·콤마코팅 대비 설비 풋프린트를 줄이면서도 층간 혼합을 억제하는 절충점을 겨냥한다.
④ 특허 관점 — 청구항 구성요소 매핑
공개특허공보 기준 독립항 제1항은 방법 청구항으로, “하부 슬롯과 상부 슬롯을 가진 듀얼 슬롯다이 코터를 이용해 집전체를 하부 다이립에서 상부 다이립 방향으로 이동시키며 전극 활물질 슬러리층을 형성하는 방법”을 청구하며, 하부 플레이트·중간 플레이트·상부 플레이트 구조와 “하부 다이립 두께 > 상부 다이립 두께, 하부 다이립 두께 > 중간 다이립 두께”라는 수치적 관계를 구성요소로 명시한다. 종속항 제4항은 여기서 더 나아가 복수의 전극 활물질 슬러리를 하부·상부 슬롯을 통해 동시에 압출 코팅하는 방법으로 권리 범위를 확장한다.
| 청구항 구성요소(Elements) | 대비 대상: 통상의 단일 슬롯다이 구조 | 침해 소지 판단 포인트 |
|---|---|---|
| 하부·중간·상부 3단 플레이트 구조 | 일반적으로 상·하 2단 플레이트(단일 슬롯) 구조 | 3단 구조 자체가 없으면 문언침해 성립 어려움 |
| 하부 슬롯 + 상부 슬롯, 2개의 슬롯 형성 | 슬롯 1개 | 슬롯이 1개뿐인 설비는 구성요소 결여로 비침해 주장 가능 |
| 하부 다이립 두께 > 중간·상부 다이립 두께 | 다이립 두께 균일 설계가 일반적 | 두께 관계가 반대이거나 동일하면 균등론 검토 필요, 문언침해는 어려움 |
| 복수 슬러리 동시 압출(종속항 4) | 단일 슬러리 순차 코팅 | 동시성(Simultaneous) 요건 미충족 시 회피 여지 |
회피설계 시나리오(반론): 다이립 두께를 하부·중간·상부 모두 동일하게 설계하거나, 반대로 상부 다이립을 가장 두껍게 만드는 구조는 청구항 문언상 “하부 다이립이 가장 두껍다”는 구성요소를 충족하지 못해 문언침해를 피할 가능성이 있다. 다만 두께 차이가 기능적으로 슬러리 역류 방지라는 동일한 효과를 낸다면 균등론(Doctrine of Equivalents) 판단이 뒤따를 수 있어, 회피설계 시에는 두께 관계뿐 아니라 유동 제어 메커니즘 자체를 다르게(예: 별도 격벽 삽입, 슬롯 간 압력차 밸브 등) 설계하는 편이 방어력이 높다.
⑤ 한계 및 전망
이 특허는 2025년 12월 공개된 계속출원(Divisional Application)으로, 심사 상태는 “Pending”이다. 즉 최종 등록 여부와 청구항 범위가 심사 과정에서 보정될 가능성이 있으며, 현재 청구항 그대로 등록된다는 보장은 없다. 낙관적 전망에 대한 반대 시나리오로는, 심사 과정에서 선행기술에 의해 다이립 두께 관계 청구항이 좁게 보정되거나 거절될 가능성을 들 수 있다 — 슬롯다이 헤드의 다단 플레이트 구조 자체는 이미 여러 선행 특허(예: KR102301210B1 등 슬롯다이 코팅 관련 선행문헌)에 존재하는 개념이기 때문이다. 전략적 대안으로는, 경쟁사가 이 특허 패밀리의 심사 경과(File Wrapper)를 지속 모니터링하면서, 등록 확정 전까지는 유사 구조 채택을 보류하거나 다이립 두께비를 청구항 임계값 밖으로 설계하는 이원 전략을 병행하는 방안이 있다.
기획·IP 담당자를 위한 액션 하나: 자사 코팅 설비의 다이립 두께 사양 도면을 확보해 이 특허의 청구항 1항·4항 구성요소와 1:1 대조하고, 겹치는 항목이 있다면 정식 FTO(자유실시조사) 의뢰를 우선순위에 올릴 것을 권한다.
※ 본 분석은 공개특허공보(US20250375790A1)에 기재된 내용을 재서술한 것이며, 특허 원문 및 도면을 그대로 전재하지 않았다. 심사 결과 및 등록 가능성, 침해 여부에 대한 판단은 확정적 사실이 아닌 가능성으로 제시하며, 실제 법적 판단은 별도의 전문가 검토가 필요합니다.