안전성·성능 좌우 `세라믹 코팅·양극재` 핵심기술 놓고 격돌

분리막 표면 코팅 내구성 강화
리튬이온만 원활하게 이동역할
양음극 접촉차단 폭발위험 줄여
세라믹 분리막 증착 핵심 공정
ITC "SK, LG 특허침해 아니다"
[디지털타임스 박정일 기자] LG에너지솔루션과 SK이노베이션이 미국 국제무역위원회(ITC) 등에서 다툼 중인 특허소송의 핵심은 바로 배터리 핵심 소재 중 하나인 분리막의 안전성을 강화하는 '세라믹 코팅' 방식과 배터리 셀을 감싸는 모서리를 포장하는 기술 등이다.

먼저 ITC가 SK이노베이션이 LG에너지솔루션의 특허를 침해하지 않았다고 예비판정한 '분리막 세라믹 코팅' 기술의 경우, 분리막 표면에 세라믹 입자와 고분자 바인더를 코팅해 열에 약한 단점을 보완해 주는 것이다. 업계에 따르면 LG가 제기한 3건의 특허침해 소송 모두 이 세라믹 코팅과 관련된 기술인 것으로 전해졌다.

분리막이란 양극과 음극의 직접적인 접촉은 차단하면서 0.01~1㎛(마이크로미터)의 미세한 구멍으로 리튬이온만 통과시켜 전류를 발생시키는 역할을 하는 필름으로, 주로 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP) 등으로 만든다.

충전할 때에는 리튬 이온이 양극에서 음극으로, 방전할 때는 음극에서 양극으로 이동하는 방식으로 전기를 외부 기기에 공급한다. 이 과정에서 리튬 이온은 전해질을 타고 이동하는데, 여기에서 분리막은 양극과 음극이 서로 닿지 않도록 분리해주면서 리튬이온만 원활하게 이동할 수 있도록 하는 역할을 한다.

양극과 음극에 있는 물질의 특성 상 서로 닿을 경우 리튬이온의 움직임이 기하급수적으로 늘면서 제어가 안돼 폭발할 위험이 커지기 때문이다. 하지만 리튬이온의 이동까지 막으면 안되기 때문에 얇은 막 형태로 분리막을 만든다.

배터리의 안전성을 강화하면서 동시에 성능도 보장하기 위해 나온 기술이 바로 이 세라믹 코팅 기술이다.

분리막 표면에 세라믹을 도포하는 기술 자체는 미국 셀가드가 원천 기술을 보유하고 있지만, LG에너지솔루션과 SK이노베이션이 보유한 기술은 이 세라믹 코팅에 미세한 구멍을 만들어 전기를 발생하는 리튬이온의 이동은 원활하게 하면서 다른 이물질이 들어와 분리막이 찢어지거나 고온으로 수축되는 현상을 막는 등 한 단계 더 진화한 기술이다.

여기에서 분리막 표면에 세라믹을 어떤 방식으로 도포하고, 세라믹이 분리막에 어떻게 증착해 안정적인 상태를 유지할 수 있는지 등이 핵심 공정인데, ITC는 이번 예비 판정에서 SK이노베이션이 LG에너지솔루션의 특허를 침해하진 않은 것으로 판단했다.

이 기술은 지난 2011년에도 당시 LG화학 전지사업본부(현 LG에너지솔루션)가 SK이노베이션을 상대로 국내에서 특허 침해 소송을 제기했다가 합의한 바 있다. 이후 양사는 국내에서의 모든 소송을 취하하기로 한 바 있는데, LG화학이 이번에는 SK이노베이션의 영업비밀 유출 문제를 제기하면서 동시에 미국에서 다시 특허침해 소송을 제기한 것이다. 이에 SK이노베이션 측이 '합의 파기'를 했다며 강하게 반발하기도 했다.

LG에너지솔루션이 분리막과 함께 동시에 제기한 양극재 특허의 경우 배터리 양극재의 입자 크기에 따른 조성 변화로 최적의 성능을 이끌어 내는 기술에 관련된 것이다. 양극은 리튬(Li)과 산소(O)가 만난 리튬산화물(Li+O)로 구성하는데, 산화물에 어떤 양극 활물질을 사용하느냐에 따라 저장되는 전자의 수가 달라지는 등 배터리 용량과 전압을 결정한다.

여기에는 니켈과 망간, 코발트, 알루미늄 등이 쓰이는데 각각 다른 크기의 이 물질에 코팅을 해 입자를 좀 더 안정적으로 하는 등의 내용이 담겨있는 것으로 알려졌다. ITC는 이번 예비판결에서는 특허 무효를 기본으로 하되 일부 청구항에 대해서는 유효 의견을 내놓았다.

한편 SK이노베이션이 LG에너지솔루션을 상대로 제기한 '파우치 실링 기법'의 경우 배터리 셀을 모듈화 하는 과정에서 공간손실을 최소화 하면서 발열효율은 최적화 하는 실링(마감) 작업에 대한 것이다. 배터리 소재를 보호하는 파우치(비닐봉지 같은 것) 3면을 안정적으로 봉합해 열이 잘 빠져나가도록 하면서 동시에 손실되는 공간을 최소화 할 수 있어 배터리 모듈의 용량을 최대로 키울 수 있는 기술이다.

이에 대한 예비 판결은 아직 나오지 않았으며 예정대로면 오는 7월 30일 조기판결, 오는 11월 30일 최종판결이 나올 것으로 보인다.

박정일기자 comja77@dt.co.kr