에너지저장장치(ESS)용 리튬인산철(LFP) 각형 셀이 314Ah를 넘어 500Ah대, 600Ah대로 커지고 있다. 셀을 키울 때 무엇이 함께 바뀌는지, 그리고 그 변화를 특허가 어떤 숫자로 붙잡으려 하는지 정리한다.
① 무엇이 화제인가
셀을 키울 때 바뀌는 것은 용량 숫자 하나가 아니라 셀 안의 ‘비율’들이다. 전해액을 용량 대비 얼마나 담을지, 발열을 얼마나 식힐지, 전극을 감을지 쌓을지가 모두 다시 계산된다.
업계 상황을 보면, ESS용 LFP 셀은 280Ah에서 314Ah로, 다시 500Ah 이상으로 옮겨 가고 있다. 20피트 컨테이너 기준으로 314Ah 셀 세대의 시스템 용량은 5MWh, 587Ah 셀을 쓰는 시스템은 6.25MWh로 소개된다[1]. CATL은 2025년 6월 587Ah 셀의 양산을 발표하며 체적 에너지밀도 434Wh/L를 제시했고[2], EVE에너지는 628Ah 셀(Mr. Big)을 2024년 12월부터 양산한다는 계획을 밝혔다[3].
긴장 요인도 분명하다. 비교 분석에 따르면 587Ah 셀 컨테이너는 314Ah 셀 컨테이너(60kW)보다 큰 80kW의 냉각 용량이 필요하고, 20피트 컨테이너의 45톤 운송 중량 한계 때문에 587Ah 이상으로 가면 무게 제약에 걸릴 수 있다고 한다[1]. 또 684Ah 이상 셀은 적층(Z-stacking) 방식으로만 생산되며, 큰 셀일수록 권취 방식으로 만들기 어렵다는 분석도 있다[4].
그래서 이 글이 답하려는 질문은 다음과 같다. ESS용 LFP 각형 셀을 300Ah급 이상으로 키울 때 설계 과제는 어떻게 달라지고, 특허는 그중 어디를 붙잡고 있는가.
② 기본 원리 — 큰 솥으로 밥을 지을 때
밥을 두 배로 지으려고 솥을 키우면 쌀과 물을 두 배로 넣는 것만으로 끝나지 않는다. 물이 쌀 사이로 스며드는 시간, 가운데와 가장자리의 익는 속도, 뜸 들이는 동안 빠져나가는 수증기의 양이 모두 달라진다. 셀도 마찬가지다.
자료: Energy-Storage.News, EVreporter 분석 및 US20250201835A1 정의를 바탕으로 편집부가 재구성.
첫째, 전해액 함침(wetting)이다. 전극조립체가 커지고 두꺼워질수록 전해액이 조립체 안쪽까지 스며드는 데 시간이 걸리고, 수명 동안 소모될 전해액의 여유분도 함께 설계해야 한다. 그렇다고 전해액을 많이 넣으면 무게와 원가가 늘고, 셀 안의 빈 공간이 줄어든다. 둘째, 열이다. 발열은 대체로 부피에 비례해 늘지만 열이 빠져나가는 겉면적은 그보다 느리게 늘기 때문에, 셀이 클수록 부피당 방열 여건이 불리해진다. 앞서 본 컨테이너 냉각 용량의 증가가 이 흐름을 보여 준다[1]. 셋째, 조립 방식이다. 권취형은 전극을 길게 감아 만드는데, 셀이 커지면 감는 폭과 길이의 제약이 커진다. 684Ah 이상 셀이 적층 방식으로만 생산된다는 분석은 이 제약을 반영한다[4]. 반면 CATL은 587Ah 셀에 대해 고유 불량률이 적층 셀보다 한 자릿수 낮다고 발표해, 제조 방식의 선택이 아직 한 방향으로 정리되지 않았음을 보여 준다[2].
이 글의 관점은 다음 한 줄이다. 셀을 키우는 일은 ‘같은 셀을 늘리는 것’이 아니라 ‘셀 안의 비율을 다시 맞추는 것’이다. 전해액 g/Ah처럼 용량(Ah)이 분모에 들어가는 설계 지표는 셀이 커질 때마다 모두 새로 계산되어야 하고, 특허는 바로 이 비율을 숫자로 선점하려 한다.
③ 비교 — 314Ah 세대와 500Ah+ 세대
| 셀(발표 기준) | 체적 에너지밀도 | 발표 사이클 수명 | 20ft 컨테이너 용량 | 조립 방식 |
|---|---|---|---|---|
| 314Ah(업계 2세대) | 390~400Wh/L[1] | 원문 표기 불명확 | 5MWh[1] | 확인하지 않음 |
| CATL 587Ah | 430~434Wh/L[1][2] | 12,000회 이상[1] | 6.25MWh[1] | 587·588Ah급은 업계에서 권취·적층 병존[4] |
| EVE에너지 628Ah | 386Wh/L[1] | 8,000회(SOH 80%까지)[1] | 최대 5MWh(Mr. Giant)[3] | 고속 적층(4세대)[3] |
| CALB 684Ah | 450Wh/L(CALB 제품 기준)[1] | 15,000회 이상[1] | 6.9MWh[1] | 684Ah 이상은 적층만[4] |
자료: Energy-Storage.News 비교 분석[1], CATL 587Ah 발표 보도[2], EVE에너지 보도[3], EVreporter 분석[4]을 바탕으로 편집부가 재구성. 모든 값은 제조사 발표 또는 보도 기준이며 동일 조건의 시험값이 아니다.
이 표가 말하는 것: 셀 용량이 314Ah에서 587~684Ah로 커지는 동안 20피트 컨테이너 용량은 5MWh에서 6.25~6.9MWh로 늘었지만[1], 체적 에너지밀도는 셀마다 386~450Wh/L로 흩어져 있다. 셀을 키운다고 에너지밀도가 자동으로 오르지 않으며, 설계 선택(조립 방식 등)이 결과를 가른다는 뜻이다.
④ 특허 관점 — ‘얼마나 적시고, 얼마나 채우는가’를 숫자로 잡은 출원
셀 대형화에서 다시 계산해야 하는 비율 가운데 하나가 전해액량이다. 이를 정면으로 다룬 출원이 CATL의 US20250201835A1(발명의 명칭: Battery cell, battery, and electrical device)이다. 출원인은 Contemporary Amperex Technology Co., Limited, 현 권리자는 Contemporary Amperex Technology (Hong Kong) Limited로 표시되며, 우선일 2022-07-19(중국 출원 202210854949.2), 국제출원 PCT/CN2023/105973(2023-07-05), 미국 출원일 2025-03-06, 공개일 2025-06-19이고 법적 상태는 Pending(심사 중)이다[5][6].
| 공개 청구항 1의 구성요소(재서술) | 권리 범위상의 의미 |
|---|---|
| (a) 수용 공간이 형성된 하우징 | 셀 형태 무관 — 각형에 한정되지 않음 |
| (b) 수용 공간에 배치된 전극조립체 | 권취·적층 구분 없음 |
| (c) 수용 공간에 배치된 전해액 | 통상의 액체 전해질 셀 |
| (d) 전해액 보유 계수 a(보유 전해액량 ÷ 첫 사이클 방전용량)가 1.4~2.97 g/Ah 범위일 것 | 핵심 한정 — 용량(Ah)을 분모로 한 전해액 수치 범위 |
| (e) 충전율 b(전극조립체 부피 ÷ 하우징 수용 공간 부피)가 80~99% 범위일 것 | 공간 활용 수치 범위 — (d)와 결합해 ‘적시기와 채우기’의 조합을 한정 |
자료: Google Patents 서지사항 및 공개 청구항·정의(명세서)를 바탕으로 편집부가 재구성(원 청구항 문언·도면을 그대로 전재하지 않음). 심사 중 출원으로 등록 시 청구항이 달라질 수 있다.
종속항은 a/b 비를 2.25~2.90으로, a를 1.8~2.3 g/Ah로, b를 85~95%로 좁히고, 양극 활물질 선택지에 리튬인산철을 포함한다[6]. 즉 이 출원은 셀의 형태나 크기를 한정하지 않고, 용량 대비 전해액량과 내부 충전율의 조합으로 에너지밀도와 사이클 성능의 균형점을 잡으려 한다. 셀이 커질수록 다시 계산해야 하는 바로 그 비율이다.
회피 설계 시나리오(반론 포함): 문언상으로는 a 또는 b를 공개 청구항 범위 밖에서 설계하면 청구항 1을 벗어날 가능성이 있다. 그러나 반론이 두 가지 있다. 하나, 공개 범위(1.4~2.97 g/Ah, 80~99%)가 넓어 통상의 설계가 범위 안에 들어갈 가능성이 있으므로, 수치를 옮기는 회피는 성능 손해를 동반할 수 있다. 둘, 역으로 범위가 넓을수록 기존 기술에 의한 신규성·진보성 문제가 제기될 여지도 커지므로, 회피보다 선행기술 조사를 통한 등록 저지·무효 논리 준비가 더 현실적인 대응일 수 있다. 또 ‘보유 전해액량’과 ‘첫 사이클 방전용량’을 어떤 조건에서 측정하느냐가 침해 판단의 쟁점이 될 가능성이 크므로, FTO(침해 여부) 검토 때는 명세서의 측정 방법 정의까지 함께 대조해야 한다.
유사 특허 크로스체크: GS유아사(GS Yuasa)의 EP4358220A1(우선일 2021-06-29, 공개일 2024-04-24)은 리튬인산철 양극과 흑연 등 탄소계 음극을 쓰는 셀에서 전해액의 리튬염 농도를 0.7 mol/dm³ 이하로 한정한다[7]. 전해액을 ‘양(g/Ah)’으로 잡은 CATL 출원과 ‘농도’로 잡은 GS유아사 출원은 같은 LFP 셀의 전해액을 서로 다른 축으로 권리화한 사례다.
⑤ 한계와 전망
낙관적으로 보면, 587Ah급 셀은 20피트 컨테이너의 45톤 운송 중량 한계 안에서 6.25MWh를 담는 ‘균형점’으로 평가되고 있어[1], 당분간 ESS 셀 표준 경쟁의 중심이 될 가능성이 있다. 셀 수가 줄면 부품과 배선이 줄어 시스템 설계가 단순해진다는 점도 거론된다[1][2].
반대 시나리오도 있다. 셀이 커질수록 셀 하나에 문제가 생겼을 때의 파급도 커진다. 비교 분석은 초대형 셀이 국부적으로 더 많은 열을 만들어 더 진보된 냉각이 필요할 수 있다고 지적하고[1], 684Ah 이상 셀은 아직 0.5C(2시간) 프로젝트에 쓸 준비가 되지 않았다는 평가도 있다[4]. 셀 대형화가 모든 운전 조건에서 유리한 것은 아니라는 뜻이다.
전략적 대안은 셀 크기를 프로젝트의 충방전 속도(C-rate)에 맞춰 고르는 것이다. 분석에 따르면 587·588Ah는 0.5C(2시간) 프로젝트, 684Ah 이상은 0.25C(4시간) 프로젝트에 적용되는 흐름이다[4]. ‘가장 큰 셀’이 아니라 ‘운전 조건에 맞는 셀’을 기준으로 삼으면 냉각·무게·수명의 균형을 더 쉽게 맞출 수 있다.
확인할 액션(기획·IP 담당자): 도입 검토 중인 대용량 LFP 셀에 대해 공급사에 전해액 보유량(g/Ah)과 내부 충전율 데이터를 요청해 US20250201835A1 공개 청구항의 수치 범위와 대조하고, 이 출원과 중국 대응 출원의 등록 여부·보정 청구항을 분기마다 모니터링할 것.
확인이 필요한 항목
- US20250201835A1의 중국·유럽 대응 출원 번호와 등록 여부는 확인하지 않았다. 심사 과정에서 청구항이 보정될 수 있다.
- CATL 587Ah 셀이 권취형인지 적층형인지는 공식 자료로 확인하지 않았다. 본문의 ‘적층 셀 대비 불량률’은 회사 발표 문구다.
- 314Ah 셀의 사이클 수명은 인용 기사 원문 표기가 불명확해 싣지 않았다.
- 비교표의 수치는 제조사 발표·보도 기준이며 동일 조건 시험값이 아니다. Energy-Storage.News 비교 분석의 게재일은 확인하지 못했다.
- 각 사 셀의 실제 전해액 보유량(g/Ah)은 공개 자료로 확인되지 않았다.
출처
- L. Critchley, “Beyond 314Ah: A comparison of large-format LFP battery cells for BESS,” Energy-Storage.News(2026-09-23 접속). 링크
- “CATL Launches Mass Production of 587Ah Cell,” Battery Energy Storage System News, 2025-06-20(2025-06-10 발표 인용). 링크
- “Bigger batteries, better service: EVE Energy begins mass production of 600Ah+ energy storage cells this year,” Energy-Storage.News, 2024-10-30. 링크
- R. Bollini, “Next Generation BESS Technologies using 392Ah / 587Ah / 684Ah LFP Cells,” EVreporter, 2026-07-14. 링크
- Google Patents, US20250201835A1 「Battery cell, battery, and electrical device」 서지사항(2026-09-23 원문 확인). 링크
- Justia Patents, US 공개 20250201835 청구항 및 관련 출원 정보(2026-09-23 확인). 링크
- European Patent Office, EP4358220A1 「Non-aqueous electrolyte power storage element」 공개 문서(2026-09-23 확인). 링크
이 글은 기술·특허 동향 해설이며 법률 자문이 아닙니다. 구체적인 FTO 판단은 전문가 검토가 필요합니다.
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