전고체배터리(ASSB) : 글로벌 특허 현황

전고체배터리 핵심특허는 단연 일본이 선두

그다음은 전고체배터리 특허 강국이 한국일까?

안녕하세요! WAB입니다.
오늘은 전고체배터리 특허에 관해서 살펴보겠습니다.
'22년도까지의 특허수를 집계한 결과입니다.
'23년이 추가로 필요하신 분이 있으시다면 추가로 집계하도록 하겠습니다.

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전고체배터리 특허

처음엔 전고체 전해질 특허는 유럽과 미국이 주도하였으나, 2000년대 전후로 일본의 배터리와 재료업체들이 주로 출원을 했습니다. 이때는 주로 폴리머 전해질 위주였습니다.
한국의 경우 '03년 정도부터 개화되어, LGES이나 삼성 SDI는는 '04 ~ '05년 사이에 특허 출원을 시작하였으며, 같은 기간 일본 재료업체들이 inorganic 전고체 전해질에 대한 특허를 출원 시작했습니다. 이후 '15년도부터는 미국과 중국의 R&D Lab에서도 특허 출원에 집중하고 있습니다.
그래프를 보면 연간 100건 이상의 특허가 출원되기 시작한 게 '12년도부터입니다.
현재 ('24년)는 기술성숙도 (TRL) 기준으로 보면 4~5단계 수준으로 보입니다.

기술성숙도 (Technology Readiness Level; TRL)

이차전지용 전고체 전해질 연별 특허 출원 현황 (knowmade 2019)

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폴리머 타입 전고체배터리 주요 특허

폴리머 전고체배터리 특허를 많이 출원한 곳들 중에, Blue Solution은 Hydro Quebec특허 라이선스를 가지고, 차량용/ESS용으로 폴리머 전고체 양산하고 있지만, Bosch는 '15년에 Seeo를 M&A 했으며, '18년 배터리 생산을 포기하며 Seeo를 팔겠다고 했습니다.
(개발하기 어렵고 그때 경제성도 없다고 판단했겠죠)

LGES이 22년도까지는 계속해서 많이 연구한 것으로 확인되고,

최근 제가 리튬-황 배터리 관련 업체라고 소개드린 GS YUASA라는 업체도 굉장히 활발히 이쪽 분야를 연구 중에 있다는 것을 알 수가 있습니다.

다만 아쉽게도 삼성 SDI나은 순위에 들지 못하네요.
(자금이 부족한 걸까요, 전고체배터리 또는 리튬메탈배터리에 집중하기 위함일까요, 앞으로 몇 년 후에 밝혀지겠죠.)

폴리머계 전고체배터리 주요 특허 출원인

폴리머계 전고체배터리 주요 특허 상위 Ranker

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무기물, 무기물/폴리머 하이브리드 주요 특허

Sulfide glass ceramic계의 경우 Idemitsu kosan와 Toyota가 특허 부분에서 리딩하고 있는 상황이고,

Argyrodite계의 경우 Idemitsu kosan, Mitsui chemical, Toyota가 많은 특허를 보유하고 있고, 그다음으로  Basf로 확인됩니다.

Nasicon계의 경우에는 Ohara, Dow Corning 등이 눈에 띄네요.

아래의 표는 각 업체의 family 특허를 집계한 수이니 어디 공유하실 때 꼭 출처 표기 부탁드립니다 :)

대표 Type	상위 Ranker	family 특허수
Sulfide glass ceramic	Idemitsu kosan	117
	Toyota	107
	Panasonic_sanyo	24
Argyrodite	Idemitsu kosan	26
	Mitsui chemical	8
	Toyota	7
	Keri	4
Oxide Glass ceramic	Ohara	28
	AGC	10
	Panasonic_sanyo	5
	Samsung SDI	4
Garnet	Toyota	32
	NGK	21
	Ningbo university	11
	Niast	11
	Kiit	11
	Quantum Scape	10
Nasicon	Ohara	24
	Murata	10
	Toyota	10
Perovskites	Toyota	14
	Seiko	6
	Kimm	6
	LGES	5
Hydrides	Mitsubishi chemical	5
	Southeast university	5
	Quantum scape	2

무기물, 무기물/폴리머 하이브리드 전고체배터리 주요 출원인

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전고체배터리 원재료 분야 특허

전고체배터리 관련 원재료 업체로 분류된 총 48개 사를 분석한 결과 일본이 588개 특허로 76% 점유율을 보이고 있습니다. (배터리 분야를 아신다면 놀랍지도 않은 수치입니다. 칸노 교수님이 유명하시죠.)
한국은 LGES 1개 회사로 56건 특허를 출원하였다. 재료 종류로 구분하면, inorganic이 52%, inorganic/polymer가 20%, polymer가 28% 를 차지하고 있습니다.
'23년부터는 아마 많이 달라졌을 거라 생각합니다. 삼성 SDI가 많이 출원했을 거라 생각됩니다.

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전고체배터리 핵심 특허

전고체 전해질 재료별 핵심특허 내용이 아래 표에 기재되어 있습니다.

폴리머의 경우 핵심특허는 모두 만료되었으며, inorganic의 경우 Garnet, Thio-lisicon, Argyrodite, Hydrides 및 Anti-perovskites은 아직 유효합니다.

가만 보면, 원천특허 이후 지속적인 보완 특허가 다른 회사로 부터 출원되고 있다는 것도 놓치면 안 되는 포인트입니다.

이렇듯, 전고체배터리의 상용화를 왜 '27 ~ '28년 수준으로 말하는지.. 여러 이유 중 하나가 바로 이 특허 때문입니다.
현재 폴리머 관련 전지(반고체배터리)도 여러 중국 업체가 시장에 선보일 수 있는 이유가 바로 핵심특허가 만료되었기 때문인 것도 있죠.
일본의 핵심특허가 '27년을 시작으로 만료되기 때문에 많은 업체들이 '27~'28년을 상용화 시점으로 말하기도 하는 것이랍니다.

전고체 Type	특허수 (family)	원천특허 출원년도	출원인	상태	내용
Oxide glass ceramics	118	1978	France Etat/GE	Expired	Amorphous lithium cationic conductor(US4184015)
Nasicon	208	1977	Dupont/US	Expired	Substituted lithium phosphates(US4009092)
Sulfide glass ceramics	443	1881	Gipelec/US	Expired	Vitreous alkali-cation conducting composition(US4331750)
Pervskites	98	1995	NGK/JP	Expired	Lithium ion composite oxide conductor having a perovskite structure (JP07169456)
Lisicon	13	1993	US Army	Expired	Solid state electrolyte for use in a high temperature rechargeable  lithium electrochemical cell(US5273847)
Garnet	317	2002	HydroQuebec	Active	Methods of ~(US20040202934)
Thio-lisicon	70	2003	GS Yuasa	Lapsed	Lithium Mg thiophosphate compound(JP2003206110)
Argyrodites	76	2009	Albemarle	Active	Lithium argyrodite(US8075865)
Hydrides	30	2009	Tohoku univ.	Active	Solid electrolyte, its production method and secondary battery comprising it(US972276)
Anti-perovskites	17	2012	Trial national security	Lapsed	Anti-perovskite solid electrolyte compositions(WO2012112229)

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다음 시간에는..

K-배터리의 선두주자인 삼성 SDI, LGES, SK-on (순서는 순위가 아닙니다.)과 중국 CATL과의 비교를 좀 해볼까 합니다.
어떤 구독자 분께서 궁금하시다고 하시네요 :)
여러 의견 주시면 글 써보도록 하겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다.
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