결론부터 말씀드리면, 황화물계 고체전해질을 쓰는 전고체 배터리의 가장 큰 걸림돌은 ‘고온에서 빨리 늙는다’는 것입니다. 이 문제를 CATL(닝더스다이, Contemporary Amperex Technology Co Ltd)은 2026년 3월 공개한 국제출원 WO2026045268A1에서 양극 쪽 코팅으로 풀었고, 미국 완성차 기반 배터리 기업 리비안(Rivian IP Holdings LLC)은 2025년 9월 등록된 US12424625B2에서 음극 쪽 계면층으로 풀었습니다. 같은 문제, 다른 전극, 다른 화학. 이 글은 두 특허의 권리 범위를 나란히 놓고, 후발주자가 어디까지 자유롭게 설계할 수 있는지를 살펴봅니다.
전고체 배터리 업계는 ‘몇 년에 양산하는가’를 두고 경쟁하지만, 정작 양산을 가로막는 것은 화려한 신소재가 아니라 ‘전극과 고체전해질이 맞닿는 면’이라는, 눈에 잘 띄지 않는 계면입니다. 액체 전해질은 전극 표면의 굴곡을 액체처럼 채우지만, 고체와 고체는 물리적으로 완벽히 밀착하기 어렵고, 고온에서는 화학적으로도 서로를 갉아먹습니다. 최근 공개된 두 특허는 이 계면 문제를 정반대 방향에서 접근했다는 점에서 비교할 가치가 있습니다.
① 무엇이 화제인가
CATL은 2026년 3월 5일 국제특허출원 WO2026045268A1을 공개했습니다. 명칭은 “정극편, 고체전지 단체, 전지장치, 용전장치 및 정극 활성물질과 그 제조방법(Positive electrode sheet, solid-state battery cell, battery device, electric device, and positive electrode active material and preparation method therefor)”이며, 출원번호 PCT/CN2025/086307, 우선권 주장일은 2024년 8월 30일(중국 특허출원 202411214822.X 기준)입니다. Google Patents 원문을 직접 확인한 결과 현재 법적 상태는 ‘Pending(심사 계속)’이며, 예상 만료일은 2027년 2월 28일로 표시되어 있습니다.
같은 시기 미국에서는 리비안 산하 리비안 IP 홀딩스가 US12424625B2를 보유하고 있음이 확인됩니다. 명칭은 “고체전지용 안정적 리튬 금속 황화물 코팅(Stable lithium metal sulfide coatings for solid-state batteries)”이며, 출원번호 US17/744,998, 우선권일 2022년 5월 16일, 등록일 2025년 9월 23일입니다. Google Patents 원문 기준 법적 상태는 ‘Active(존속 중)’이며 만료 예정일은 2043년 12월 25일로 확인됩니다. 두 특허 모두 Google Patents 원문에서 출원인·우선권일·법적 상태를 직접 대조했습니다.
② 기본 원리
고체전해질과 전극이 맞닿는 면을 아파트 벽간 소음에 비유해 보겠습니다. 방음재를 벽 전체에 얇게 바르면 소음(부반응)이 줄어들듯, 전극 표면에 아주 얇은 ‘완충 코팅층’을 입히면 전극과 고체전해질이 직접 맞닿아 화학반응을 일으키는 면적이 줄어듭니다. CATL 특허는 이 완충재를 양극(니켈·코발트·망간계 산화물 등) 표면에, 리비안 특허는 음극(리튬 금속 등) 표면에 각각 발라 넣는 방식입니다.
CATL의 방식은 조금 더 정교합니다. 양극 표면에 불소를 포함한 리튬염(이차전지 업계에서 흔히 쓰이는 리튬디플루오로옥살레이토보레이트 등 계열)을 코팅해 두면, 충전 과정에서 이 코팅 물질이 황화물 고체전해질보다 먼저 분해되면서 불화리튬(LiF) 막을 만들어냅니다. 이 막이 황화물 전해질의 분해를 억제하는 ‘방패’ 역할을 해, 고온에서도 용량이 잘 줄지 않고 결정 구조도 안정된다는 것이 특허의 핵심 효과입니다. 리비안의 방식은 음극과 고체전해질 사이에 리튬 금속 황화물로 이루어진 계면층을 직접 형성해 안정성을 확보하는 접근으로, 코팅이 양극이 아니라 음극-전해질 계면에 위치한다는 점이 구조적으로 다릅니다.
③ 비교
| 구분 | CATL(WO2026045268A1) | 리비안(US12424625B2) |
|---|---|---|
| 적용 위치 | 양극(정극) 표면 | 음극(부극)-고체전해질 계면 |
| 핵심 물질 | 불소계 리튬염 코팅 → LiF 보호막 생성 | 리튬 금속 황화물 계면층 |
| 대상 전해질 | 황화물계 고체전해질 | 고체전해질 전반(음극이 리튬 금속인 셀) |
| 주장 효과 | 고온 용량 감쇄율 저감, 고온 사이클 성능 개선 | 계면 안정성 확보(전해질-음극 간 부반응 억제) |
| 출원/우선권일 | 2024-08-30 | 2022-05-16 |
| 공개·등록일 | 2026-03-05 공개(PCT) | 2025-09-23 등록 |
| 법적 상태(Google Patents 기준) | Pending | Active, 만료 2043-12-25 |
이 표가 말하는 것: 두 특허는 ‘고체전해질 계면 안정화’라는 같은 문제를 다루지만 적용 전극이 정반대이고, 리비안 특허가 먼저 출원돼 이미 등록·존속 중인 반면 CATL 특허는 아직 심사 단계입니다. 권리 범위가 전극 위치와 코팅 물질로 명확히 갈리는 만큼, 두 특허가 서로 충돌할 가능성은 현재 확인된 청구항 구성만으로는 낮아 보입니다.
④ 특허 관점
CATL 특허의 청구항 구조를 보면, 정극 활성물질(전이금속 산화물 기반 기판 물질)과 그 표면 일부 또는 전부를 덮는 불소계 리튬염 코팅재, 그리고 황화물 고체전해질 물질의 조합을 핵심 구성요소로 삼고 있습니다. 코팅재의 질량비(활성물질 대비 0.1~3%), 코팅 범위(기판 표면의 90~100%), 활성물질 입경(3~10μm) 등 수치 한정이 상세 실시예에 포함돼 있어, 권리 범위가 상당히 구체적으로 설계되어 있다는 인상을 받습니다. 이런 수치 한정형 청구항은 침해 판단 시 실제 제품의 코팅 두께나 조성비를 정밀 분석해야 침해 여부를 가릴 수 있다는 특징이 있습니다.
리비안 특허는 이와 달리 음극과 고체전해질 사이의 계면층에 리튬 금속 황화물을 적용하는 구성을 청구항의 축으로 삼고 있으며, 2043년까지 존속하는 등록 특허라는 점에서 미국 시장에서 리튬 금속 음극 기반 전고체 셀을 개발·판매하려는 기업이라면 침해 소지를 점검해야 할 대상입니다.
회피설계 시나리오(반론): 두 특허의 청구항이 전극 위치와 코팅 화학종에서 명확히 구분되는 만큼, 다음과 같은 회피 방안을 검토해볼 수 있습니다. 첫째, 양극에만 계면 코팅을 적용하고 음극-전해질 계면에는 별도 처리를 하지 않는 셀 설계라면 리비안 특허의 청구항(음극-전해질 계면의 리튬 금속 황화물층)을 구성요건상 충족하지 않을 가능성이 있습니다. 둘째, 반대로 음극 쪽에만 리튬 금속 황화물 계면층을 적용하고 양극 코팅재로 불소계 리튬염이 아닌 다른 계열(예: 산화물계 코팅)을 쓴다면 CATL 청구항의 구성요건 일부(불소계 리튬염 코팅)를 벗어날 여지가 있습니다. 다만 이는 어디까지나 현재 공개된 청구항 문언을 기준으로 한 해석이며, 실제 심사 과정에서 청구항 범위가 보정되거나 균등론이 적용될 가능성, 그리고 두 특허 외에 각사가 별도로 보유한 후속 출원이 존재할 가능성까지 종합적으로 검토해야 최종 FTO(자유실시 여부, Freedom to Operate) 판단이 가능합니다.
⑤ 한계 및 전망
CATL 특허가 최종 등록되면 양극 코팅 분야에서 강력한 권리 범위를 확보할 가능성이 있다는 낙관적 전망이 나올 수 있습니다. 그러나 반대 시나리오도 존재합니다. 이 특허는 아직 PCT 국제단계로, 한국·미국·유럽 등 개별 국가 단계 진입(national phase entry) 여부와 각국 심사기준에 따라 청구항 범위가 좁아지거나 일부 청구항이 거절될 가능성을 배제할 수 없습니다. 실제로 수치 한정이 많은 조성물 청구항은 심사 과정에서 실시예 뒷받침이 부족하다는 이유로 범위가 축소되는 사례가 드물지 않습니다.
전략적 대안으로는, 국내 셀·소재 기업이라면 양극 코팅재를 불소계 리튬염 외의 물질(예: 인산계, 붕산계 화합물)로 다변화해 두는 포트폴리오 전략이 유효해 보입니다. 이는 특정 청구항 문언을 벗어나는 회피설계인 동시에, 자체 특허 포트폴리오를 넓히는 이중 효과를 기대할 수 있는 접근입니다.
독자 액션: IP 담당자라면 WO2026045268A1의 한국 국내단계 진입 여부를 KIPRIS를 통해 분기별로 모니터링하고, 자사의 양극 코팅 공정이 청구항의 수치 한정 범위(코팅 질량비 0.1~3%, 코팅 커버리지 90~100% 등)에 해당하는지 사내 소재팀과 교차 점검하는 절차를 마련해 두시길 권합니다.
본 콘텐츠는 Google Patents에 공개된 특허 공보 원문을 직접 확인해 작성했으며, 특허의 원문 전재 없이 텍스트로 재서술했습니다. 특허 등록 여부, 권리 범위의 최종 확정, 침해·비침해 판단은 모두 가능성 차원의 분석이며 확정적 법률 자문이 아닙니다. 구체적 사안은 별도 검토가 필요합니다.