[특허분석] 이차전지 레이저 노칭 특허(KR102430493B1)로 본 롤투롤 텐션 편차의 좁은 문 — 디에이테크놀로지의 ‘갭가드’ 설계

① 무엇이 화제인가

이차전지 제조 자동화에 대규모 자금이 몰리고 있다. 제이스로보틱스가 최근 해외 이차전지 제조사에 332억 원 규모 로보틱스 자동화설비 공급 계약을 공시했고, 앞서 디이엔티도 874억 원 규모 레이저노칭 장비를 수주하며 적용 영역을 음극까지 넓혔다. 자동화 투자가 몰리는 지점을 자세히 들여다보면, 유독 “노칭(notching)”이라는 오래된 공정이 반복적으로 등장한다. 노칭은 이차전지 전극에서 탭(전류를 끌어내는 돌출부)을 만드는 가공 단계로, 이미 수십 년 전부터 존재해 온 기술이다. 그런데 왜 지금 이 오래된 공정이 다시 특허 전쟁터가 되고 있을까. 이 글은 국내 장비사 디에이테크놀로지가 보유한 등록 특허 KR102430493B1(이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템)을 통해 그 답을 짚어본다.

② 기본 원리

노칭 공정을 이해하려면 종이를 가위로 오리는 장면을 떠올리면 쉽다. 넓은 전극 시트에서 탭 모양만 남기고 나머지를 잘라내는 작업이 노칭이다. 기존에는 금형 프레스로 시트를 눌러 찍어내는 방식(프레스 노칭)이 주류였는데, 이는 가위로 두꺼운 종이를 반복해서 자르는 것과 비슷해서 날이 마모되면 절단면에 미세한 버(burr, 거스러미)가 생긴다. 배터리 전극에서 버는 분리막을 뚫고 내부 단락(쇼트)을 일으킬 수 있는 결함이므로, 업계는 오래전부터 이를 없애는 방법을 고민해 왔다.

레이저 노칭은 가위 대신 정밀한 빛의 칼로 오리는 방식이다. 접촉이 없으니 날이 마모되지 않고, 절단면도 훨씬 매끈하다. 다만 문제는 따로 있다 — 전극 시트가 롤(roll) 형태로 고속 연속 이송되는 롤투롤(roll-to-roll) 공정에서는 시트를 당기는 장력(텐션)이 미세하게 흔들리기 마련이고, 이 흔들림 때문에 레이저가 조사되는 위치와 실제 전극의 위치가 어긋나는(디스터번스, disturbance) 현상이 생길 수 있다. 아무리 레이저가 정밀해도, 조준하는 대상 자체가 흔들리면 소용이 없다는 뜻이다.

③ 비교: 프레스 노칭 vs 레이저 노칭

구분	프레스(금형) 노칭	레이저 노칭
가공 방식	금형으로 압착·전단	비접촉 광 조사
가공 속도(참고치)	기준선	최대 약 1200 mm/sec, 기존 대비 약 1.5배 보고
버(burr) 발생	금형 마모 시 증가	상대적으로 억제
유지보수	금형 교체 필요	광학계 관리 중심, 소모품 교체 빈도 낮음
신규 리스크	낮음(성숙 기술)	텐션 편차로 인한 조사 위치 어긋남 관리 필요

이 표가 말하는 것 — 레이저 노칭은 속도·품질에서 프레스 방식을 앞서지만, 그 우위를 지키려면 롤투롤 텐션 편차라는 새로운 변수를 얼마나 정밀하게 제어하느냐가 관건이 된다는 것을 보여준다. KR102430493B1의 청구 범위가 바로 이 지점을 겨냥하고 있다.

④ 특허 관점

서지 정보 — 공개·등록번호 KR102430493B1(대한민국), 발명의 명칭 “이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템”, 출원인 주식회사 디에이테크놀로지, 출원일 2021년 3월 22일(우선권 KR10-2021-0036919), 국제출원(PCT/KR2021/007218)은 2021년 6월 9일 진행, 등록·공고일 2022년 8월 10일, 존속기한(예상) 2041년 3월 22일, 현재 상태 ‘Active’로 Google Patents 원문에서 확인된다.

청구항 요지(재서술) — 이 특허의 독립항은 ① 레이저를 조사하는 전극 조사기, ② 조사기 일측에 고정 설치되는 지그 베이스, ③ 지그 베이스 하부에 배치되어 전극 원단 롤이 회전 가능하게 결합되는 롤 거치부, ④ 텐션을 조절하는 구성, ⑤ 배터리 파우치(또는 전극 시트)의 이송 경로를 따라가며 위치를 붙잡아 주는 ‘갭가드(gap guard)’ 구성을 결합한 시스템을 청구한다. 핵심은 이 갭가드가 롤투롤 이송 중 발생하는 시트의 좌우 유동(디스터번스)을 물리적으로 제한해, 레이저 조사 위치와 실제 전극 위치의 어긋남을 억제하도록 설계됐다는 점이다.

핵심 효과를 한 줄로 정리하면 — “레이저의 정밀도를 롤투롤의 흔들림으로부터 지켜내는 기구적 안전장치”다. 레이저 자체의 광학적 정밀도 경쟁이 아니라, 그 정밀도를 실제 양산 라인에서 유지시키는 기구 설계에 권리 범위를 걸었다는 점이 이 특허의 사업적 의미다.

경쟁 구도 및 FTO 관점 — 디에이테크놀로지는 이 특허 외에도 노칭 관련 특허를 다수 보유한 것으로 알려져 있고, 디이엔티 역시 별도의 레이저노칭 장비로 대형 수주(약 874억 원, 음극 영역 확대)를 따내며 경쟁하고 있다. 국내 배터리 3사 또는 해외 셀 메이커에 노칭 장비를 공급하려는 후발 장비사 입장에서는, 갭가드와 유사한 기능(시트 유동 억제)을 구현할 때 이 특허의 권리 범위에 저촉되는지 여부를 FTO 검토 항목에 포함할 필요가 있다. 다만 유사 특허 존재 여부에 대한 전수 크로스체크는 이 글의 범위를 넘어서며, 국내외 노칭 관련 선행문헌과의 저촉 가능성은 별도 검토가 필요하다.

회피설계 시나리오(반론) — 만약 후발 업체가 물리적 접촉식 갭가드 대신, 비접촉 광학 센서(예: 레이저 변위 센서)로 시트 위치를 실시간 감지해 레이저 조사기 쪽을 능동적으로 보정하는 방식을 택한다면, 청구항이 특정하는 ‘갭가드’라는 물리적 구성요소 자체를 회피할 가능성이 있다. 다만 이 경우에도 청구항의 다른 종속항(예: 위치 감지·보정 관련 구성)과 실질적으로 동일한 기능을 수행한다면 균등론 판단의 대상이 될 가능성을 배제할 수 없으며, 이는 어디까지나 하나의 가능성으로 제시하는 것이지 확정적 결론이 아니다.

⑤ 한계 및 전망

레이저 노칭 장비로의 전환이 낙관적으로만 흘러갈 것이라 단정하기는 이르다. 반대 시나리오로는, 레이저 광원과 광학계의 초기 도입 비용이 여전히 높고, 열 영향부(HAZ)로 인한 활물질 손상 가능성 등 프레스 방식 대비 새로운 품질 변수가 남아 있어 중소형 셀 메이커의 전환 속도가 예상보다 더딜 수 있다는 점을 들 수 있다.

전략적 대안으로는, 장비사들이 레이저 광원의 국산화·저가화와 함께 갭가드류 기구 설계를 하이브리드화(기구적 고정 + 비접촉 센서 보정 병행)하는 방향으로 특허 포트폴리오를 확장해, 단일 청구항 저촉 리스크를 분산시키는 접근을 고려할 수 있다.

독자(기획·IP 담당자)가 확인해야 할 실용적 액션은 다음과 같다 — 자사 또는 협력 장비사가 채택 중인 노칭(또는 유사 위치 보정) 설계가 KR102430493B1의 독립항 구성요소와 몇 개나 겹치는지 사내 특허팀과 함께 1:1 대조표를 만들어 확인하는 것이다.