4680 원통형 셀, “탭리스”라는 이름과 실제 구조는 다르다

무엇이 화제인가: ‘탭리스’라는 이름, 등록 청구항은 ‘여러 갈래의 탭’이다

테슬라 4680 셀의 ‘탭리스(tabless)’ 전극을 보호하는 등록 특허 US11749842B2의 청구항 1은 탭을 없앤 구조가 아니라, 간격을 두고 떨어진 여러 개의 도전부가 구부러져 캔 뚜껑(캡)에 동심원 패턴으로 닿는 구조를 청구한다. 즉 권리 범위의 문언으로 보면 이 셀은 ‘탭이 없는 셀’이라기보다 ‘탭이 아주 많은 셀’에 가깝다. 이 글은 이름과 청구 구조 사이의 간극이 왜 생겼는지, 그리고 그 간극이 회피 설계와 FTO(Freedom to Operate, 침해 여부 검토)에 어떤 의미를 갖는지 정리한다.

업계 상황부터 보면, 테슬라가 2020년 배터리 데이에서 4680 셀을 공개한 뒤 지름 46mm급 대형 원통형 셀은 여러 회사의 로드맵에 올랐다. LG에너지솔루션은 2024년 4월 3일 보도자료에서 46시리즈 원통형 배터리를 그해 하반기 한국에서 양산하고, 미국 애리조나 단지에 연 36GWh 규모의 46시리즈 생산 라인을 두어 2026년 가동한다는 계획을 밝혔다. 삼성SDI는 2025년 3월 31일 46시리즈(4695) 원통형 배터리 생산을 시작해 미국 고객사의 마이크로 모빌리티용으로 초도 공급한다고 발표했다. BMW는 2022년 9월 9일 차세대 ‘노이어 클라쎄(Neue Klasse)’에 지름 46mm 원통형 셀을 쓰겠다고 발표했다.

긴장 요인은 이름에 있다. ‘탭리스’라는 표현은 마케팅과 언론에서 하나의 범주처럼 쓰이지만, 특허 분쟁에서 판단 기준이 되는 것은 이름이 아니라 청구항의 구성요소다. 이 글이 답할 질문은 세 가지다. 기존 탭은 왜 병목이 되는가, 테슬라의 등록 청구항은 정확히 무엇을 요구하는가, 그리고 대형 원통형 셀을 기획하는 쪽은 이 권리 범위를 어떻게 읽어야 하는가이다.

기본 원리: 출입문 하나짜리 건물과 둘레 전체가 문인 건물

기존 원통형 셀(2170 등)은 양극·분리막·음극을 겹쳐 둥글게 마는 ‘젤리롤’ 구조에, 금속 리드 탭을 용접해 전류를 밖으로 뽑아낸다. 비유하자면 수천 명이 일하는 건물에 출입문이 하나뿐인 셈이다. 전류는 긴 전극을 따라 이 문까지 먼 길을 이동해야 하고, 문 앞에서 병목이 생기면서 저항과 열이 한 곳에 몰린다.

셀이 커질수록 이 문제는 커진다. 이름의 숫자가 뜻하는 지름·높이(21×70mm, 46×80mm)로 원기둥 부피를 계산하면 4680은 2170의 약 5.5배다. 전극 길이도 그만큼 길어지므로, 출입문 하나로 버티는 구조는 한계가 뚜렷하다. 테슬라의 해법은 전극 폭 방향 한쪽 끝을 전류가 드나드는 도전부로 남기고, 이를 여러 조각으로 나눈 뒤 구부려 뚜껑에 닿게 하는 것이었다. 건물 둘레 전체에 작은 문을 촘촘히 낸 셈이다.

• 전류 경로: 전극 끝 한 점이 아니라 원둘레 전체로 분산된다
• 발열: 한 지점에 집중되던 저항 발열이 넓게 나뉜다
• 회사 발표 효과: 삼성SDI는 자사 46시리즈의 탭리스 설계가 전극을 집전체에 직접 연결해 내부 저항을 90% 줄인다고 발표했다(제3자 검증 수치는 아니다)

비교: 2170과 4680, 그리고 46시리즈를 둘러싼 움직임

아래 첫 번째 표는 원문의 비교 수치를 보존하고, 규격 행을 더한 것이다. 팩당 셀 개수와 용접 횟수는 원문이 제시한 예시값으로, 1차 출처는 확인하지 못했다.

항목	2170	4680
규격(지름×높이, mm)	21×70	46×80
셀 부피(상대)	1배	약 5.5배
팩당 셀 개수(예시)	약 4,400개	약 830개
셀당 용접 횟수	4회	2회
전극 집전 구조	단일 리드 탭	멀티탭(탭리스로 통칭)

이 표가 말하는 것: 셀 부피가 약 5.5배로 커지면서 셀 수와 용접 횟수는 줄지만, 셀 하나가 감당하는 전류 경로는 길어진다. 따라서 4680의 핵심 설계 변수는 화학이 아니라 집전 구조다.

주체	발표 내용	발표 시점
테슬라	‘Cell with a tabless electrode’ 미국 등록(US11749842B2)	2023-09-05 등록
BMW	노이어 클라쎄에 지름 46mm 원통형 셀 적용, 높이 2종, 부피 에너지 밀도 20% 이상 개선 발표	2022-09-09
LG에너지솔루션	46시리즈 한국 양산(2024년 하반기 계획), 애리조나 46시리즈 연 36GWh(2026년 가동 계획)	2024-04-03
삼성SDI	46시리즈(4695) 생산 개시, 미국 고객사 마이크로 모빌리티용 초도 공급	2025-03-31

이 표가 말하는 것: 테슬라의 청구항이 등록된 2023년 9월 전후로 국내 셀 제조사와 완성차가 46mm급 원통형 셀 계획을 잇달아 공개했다. 같은 폼팩터를 쓰는 회사가 늘수록 집전 구조 청구항의 권리 범위를 정밀하게 읽을 필요도 커진다.

특허 관점: 공개 단계보다 좁아진 등록 청구항

서지 사항: 원문은 이 특허를 US11588184(2023년 2월 등록)로 적었으나, Google Patents에서 확인되는 테슬라의 ‘Cell with a tabless electrode’ 등록 특허는 US11749842B2다. 출원인은 Tesla, Inc.이고 발명자는 Kunio Tsuruta, Mikel Ehrlich Dermer, Rajeev Dhiman 3인이다. 우선일은 2018년 11월 5일(미국 가출원 62/755,685), 출원일은 2019년 11월 4일, 공개공보 US20200144676A1은 2020년 5월 7일 공개, 등록일은 2023년 9월 5일이다. 법적 상태는 Active이며 예상 만료일은 2039년 11월 4일이다.

청구항 1 요지(재서술): 등록 청구항 1은 다음 구성요소를 모두 갖춘 에너지 저장 장치를 청구한다.

• 제1 기재(전극)의 한쪽 끝(근위단)에 도전성 물질로 된 제2 부분이 있고, 이 도전성 물질은 폭을 가진 여러 개의 도전부로 이루어진다
• 각 도전부는 비도전부를 사이에 두고 서로 간격을 두고 떨어져 있다
• 제1 기재, 내부 분리막, 제2 기재가 중심축을 따라 말려 셀을 이룬다
• 캔의 제1 단부에 접촉면을 가진 제1 캡이 있고, 떨어진 도전부들은 구부러진 상태로 제1 캡에 실질적으로 접촉한다
• 도전부들은 제1 캡과 접촉하는 동심원 패턴을 이룬다

청구항 23은 청구항 1의 셀을 만드는 방법(기재·분리막 적층 후 권취)이고, 종속항 17은 캡 접촉면의 용접, 종속항 18~21은 도전부 폭·간격(균일 또는 점진적 변화), 종속항 22는 도전부가 지름 전체를 실질적으로 채우는 구성을 한정한다. 원문은 뚜껑의 돌기(bump)·리지(ridge) 형태 요철이 “함께 청구”된다고 썼지만, 뚜껑 쪽 동심 홈이나 포스트·피라미드·스파이크 같은 접촉면 형상은 명세서의 실시 형태 설명에 기재된 것이고, 등록 청구항 1의 구성요소는 아니다.

통찰: ‘멀티탭’은 업계의 해석이 아니라 등록 청구항의 문언이다. 공개공보 US20200144676A1의 청구항 1은 전극 끝에 도전성 물질이 있는 부분과 권취 구조 정도를 요구했지만, 등록 청구항 1에는 ‘비도전부로 떨어진 복수의 도전부’, ‘구부러짐’, ‘캡과 접촉하는 동심원 패턴’이 추가돼 있다. 공개 단계와 등록 단계의 청구항을 나란히 놓으면 심사 과정에서 권리 범위가 좁혀졌다고 읽을 수 있다. 출원에서 등록까지 약 3년 10개월이 걸린 점도 이 해석과 어긋나지 않는다. 결과적으로 ‘탭리스’라는 이름은 넓게 들리지만, 실제 권리 범위는 ‘여러 갈래로 나뉜 도전부를 접어 캡에 직접 붙이는 구조’로 한정돼 있을 가능성이 크다.

회피 포인트: 청구항 1의 구성요소를 기준으로 보면 몇 가지 설계 분기가 보인다.

• 도전부를 비도전부로 나누지 않은 연속형 무지부 설계는 ‘간격을 두고 떨어진 복수의 도전부’ 요소를 결여할 여지가 있다
• 도전부와 캡 사이에 별도 집전판을 두는 구조는 ‘도전부가 제1 캡에 실질적으로 접촉’ 요소와 거리를 둘 수 있다
• 도전부를 구부리지 않는 접합 방식은 ‘구부러짐’ 요소를 결여할 여지가 있다

회피설계 시나리오(반론): 다만 연속형 무지부라도 권취·압착 과정에서 사실상 여러 조각으로 갈라져 같은 기능을 같은 방식으로 수행한다면 균등론 판단 대상이 될 가능성이 있다. 집전판을 끼운 구조 역시 ‘실질적으로 접촉’이라는 표현의 해석에 따라 문언 침해 소지가 남을 수 있다. 또한 이 특허에는 계속출원 US12463256B2가 2025년 11월 4일 등록돼 있어, 본 특허를 피하더라도 계속출원의 청구항을 별도로 대조해야 한다. 해외 패밀리로 EP3878029A1, JP7649736B2, CN113039681A, WO2020096973A1, KR20250112313A가 확인되므로 국가별 권리 범위도 따로 살펴야 한다.

한계와 전망

여러 갈래의 도전부가 전류 경로를 분산하는 효과는 구조적으로 설명되지만, 대형 원통형 셀의 과제가 모두 풀린 것은 아니다. 셀이 커지면 부피 대비 표면적이 작아져 중심부의 열을 빼기 어렵고, 전극 끝을 정밀하게 나누고 접는 가공 공정의 난도는 오히려 올라간다. 4680은 ‘쉬운 배터리’가 아니라 ‘다른 방식으로 어려운 배터리’다.

낙관적 전망은 한국 셀 제조사와 완성차의 46시리즈 계획이 맞물려 대형 원통형이 주류 폼팩터 가운데 하나로 자리 잡는다는 것이다. 반대 시나리오도 있다. 집전 구조의 핵심 형태가 이미 여러 회사의 특허로 촘촘히 덮여 있다면, 후발 주자는 성능보다 회피 설계에 설계 자원을 더 쓰게 되고 그만큼 원가 이점이 줄어들 가능성이 있다. 또 전기차 수요 조정이 길어지면 계획된 라인의 가동 시점이 늦춰질 가능성도 있다.

전략적 대안은 ‘탭리스’를 하나의 기술로 보지 말고, 도전부 분할 방식·접합 방식·캡 형상이라는 세 요소로 쪼개 각각의 권리 지형을 따로 그리는 것이다. 요소별로 보면 자사 설계가 어느 청구항과 겹치는지, 어느 쪽으로 비켜 갈 여지가 있는지가 선명해진다.

실무 액션: 46시리즈 원통형 셀을 기획하는 담당자는 자사 전극 끝단 설계를 US11749842B2 청구항 1의 다섯 구성요소(복수 도전부, 비도전부 간격, 권취, 구부러진 도전부의 캡 접촉, 동심원 패턴)와 1:1로 대비한 표를 만들고, 같은 표에 계속출원 US12463256B2의 청구항을 추가해 두는 것이 좋다.

확인이 필요한 항목

• 원문의 팩당 셀 개수(2170 약 4,400개, 4680 약 830개)와 셀당 용접 횟수(4회, 2회)의 1차 출처
• 원문이 언급한 2C 급속충전 시 표면 온도 70°C 실측 사례의 출처와 측정 조건
• LG에너지솔루션 오창 4680 파일럿 양산, 애리조나 공장 파일럿 생산의 실제 개시 시점
• GM·스텔란티스·볼보의 4680(46시리즈) 채택 확정 또는 검토 여부, 삼성SDI의 BMW 대형 원통형 공급 계획
• 계속출원 US12463256B2 등록 청구항의 구체적 구성요소

출처

1. Google Patents, US11749842B2 – Cell with a tabless electrode (Tesla, Inc.)
2. Google Patents, US20200144676A1 – Cell with a tabless electrode (공개공보)
3. USPTO Official Gazette, US 12,463,256 B2 (2025-11-04)
4. BMW Group 보도자료, BMW Group to use innovative round BMW battery cells in NEUE KLASSE from 2025 (2022-09-09)
5. BMW Group, Round battery cells for the Neue Klasse (Gen6)
6. LG에너지솔루션 보도자료, LG Energy Solution’s $5.5 Billion Stand-Alone Battery Manufacturing Complex Project in Arizona Well Underway (2024-04-03)
7. 삼성SDI 보도자료, SAMSUNG SDI Begins Production of 46-Series Cylindrical Batteries and Initial Supply for U.S. Customer (2025-03-31)

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