폐배터리 재활용 특허분석
배터리 소재 수급 문제 해결을 위한 폐배터리 재활용 관련 기술 탐구
왜 폐배터리 재활용인가?
2020년 이후 전기차(EV) 판매량이 꾸준히 증가하면서 배터리 재활용의 중요성이 강조되고 있다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 2022년 전 세계 전기차 판매량은 2,600만 대를 넘어섰으며, 이는 2013년의 220만 대 대비 11배 이상의 성장이다. 1997년 도요타 모터 코퍼레이션이 프리우스를 통해 세계 최초의 하이브리드 승용차를 선보인 이후, 테슬라와 루시드 같은 순수 전기차 제조 브랜드가 등장했고, 기존의 전통적인 자동차 OEM 브랜드들도 다양한 전기차 라인을 도입하여 급성장하는 전기차 시장을 따라잡으려 하고 있다. 특히 세계 최대의 전기차 시장인 중국에서는 샤오펑, 리샹, 니오와 같은 다양한 전기차 스타트업들이 등장하여 테슬라 같은 외국 전기차 브랜드들과 경쟁하고 있다.
전기차의 핵심인 배터리는 국가 경제와 기술 경쟁력에 중요한 분야로, 미래 전략 산업으로 정부의 국정 과제에 포함되어 있다. 특히 최근 몇 년간 미중 무역 분쟁과 같은 국제 정치 및 경제 질서가 급격히 변화하면서 글로벌 가치 사슬(GVC)이 불안정해질 수 있다는 위기감이 커지고 있다. 그 결과, 미국과 EU에서는 반도체와 배터리 같은 국가 전략 산업을 자국 내에서 육성하고 강화하려는 리쇼어링 움직임이 명확히 나타나고 있다. 이러한 상황에서 한국도 배터리 산업을 어떻게 육성할지에 대한 정책을 고려해야 할 때이다.
특히, COVID-19 이후 전기차 공급 증가와 인플레이션으로 인해 배터리 원자재 수요가 증가하면서 리튬과 니켈 같은 원자재 가격이 급등하고 있다. 백악관 보고서에 따르면, 2040년까지 리튬과 흑연 수요는 4,000% 증가할 것으로 예상되며, 2020년 기준으로 중국은 세계 희귀 광물의 55%를 통제하고 있으며, 희귀 광물의 재생 가능 부문에서 85%를 차지하고 있어 앞으로도 중국의 영향력은 계속될 것이다. 한국도 향후 전기차 배터리 생산을 위한 안정적인 공급과 수요를 위해 여러 전략이 필요하며, 이와 관련하여 폐배터리 재활용이 새로운 주목을 받고 있다.
전 세계 리튬 이온 배터리 수요는 2030년까지 4,500기가와트시(GWh)로 폭발적으로 증가할 것으로 예상되며, 2015년부터 2030년까지 리튬 이온 배터리 수요는 연간 32% 이상 성장할 것으로 예상된다. 또한, 이동 수단용 배터리 수요는 전력 저장 및 가전용 배터리 수요에 비해 압도적으로 높다.
전기차 배터리 생산 후 폐배터리 재활용에 대한 관심도 증가하고 있다. 차량 배터리는 셀의 대량 생산 후 새로운 배터리 팩으로 만들어 전기차에 사용될 수 있으며, 오래된 배터리 팩은 폐기되거나 재활용 회사에 보내져 제한된 용량으로 재활용되거나, 폐배터리에서 원자재를 추출하고 재처리하여 새로운 배터리를 생산하는 데 사용될 수 있다.
폐배터리 특허 분석
한국과 중국, 미국의 배터리 재활용 특허 출원 건수(출처 : 저자 분석)2007년부터 2024년까지의 특허 출원 현황을 보면, 한국은 2022년에 두드러진 증가를 보였고, 중국은 지속적으로 특허 출원이 증가하다가 2023년에 정점을 찍고 2024년에 급감하였다. 미국은 2022년에 정점을 찍은 후, 이후 몇 년간 감소하는 추세를 보였다.
기술 키워드 분석에서는 세 나라 모두 배터리 재활용 기술(H01M-010)에 중점을 두고 있음을 알 수 있다. 한국과 중국은 금속 추출 및 소재 준비 공정에, 미국은 지능형 제어 시스템 및 데이터 관리에 큰 관심을 보였다.
한국과 중국, 미국의 배터리 재활용 특허 경쟁력 분석(CPP와 PFS 내용, 출처 : 저자 분석)배터리 재활용 기술과 관련된 정책 결정자들이 직면한 도전 과제와 전략을 논의한다. 한국은 일관된 혁신 유지와 국제적 특허 영향력 확장이 필요하며, 이를 위해 산업과 학계 간의 협력 증진, R&D 투자 확대, 혁신 친화적 정책 도입 등이 필요하다. 중국은 많은 기업의 특허 영향력이 낮아 특허 품질 향상과 혁신적인 기술에 집중해야 하며, 소규모 기업 지원을 통해 격차를 해소하고 국제적 특허 출원과 협력을 촉진할 필요가 있다. 미국은 특허 품질의 변동성과 지리적 범위의 제한을 해결하기 위해 특허 심사 과정을 강화하고, 광범위한 지리적 특허 출원과 국제적 협력을 장려해야 한다. 이를 통해 학계, 산업, 정부 간의 협력을 촉진하고, 정부와 민간 부문의 R&D 투자를 증가시키며, R&D 보조금, 세금 혜택 등의 지원 정책을 도입하여 더욱 혁신적이고 영향력 있는 특허를 개발할 수 있다.
* 본 내용은 저자가 EVS37에서 발표한 논문 내용을 바탕으로 '24년 SCOPUS지인 WEVJ(World Electric Vehicle Journal)에 게재된 논문의 주요 내용을 발췌 및 요약한 내용임.
World Electr. Veh. J. 2024, 15(6), 260;
https://doi.org/10.3390/wevj15060260
