중국의 CATL과 BYD가 각각 혁신적인 하드웨어 안전 특허와 인공지능 기반 소프트웨어 열 관리 특허를 무기로 기술 경쟁에 나서고 있다. 양사는 막대한 연구개발 투자를 바탕으로 차세대 기술 격차를 벌리는 한편, 중국 내수 배터리 시장 점유율의 약 70%를 합작하며 독점 체제를 한층 공고히 하고 있다.

카차이나뉴스 등 중국 매체들은 CATL이 충돌 사고 시 배터리 팩 컨테이너의 구조적 취약점을 획기적으로 개선한 두 가지 핵심 안전 하드웨어 설계 특허를 취득했다고 보도했다. 첫 번째 버스바(Busbar) 안전 특허는 배터리 팩 내부에 충격 완화용 전기 단자 프레임워크를 설계해 외부 충격이 취약한 집전망으로 전달되는 것을 물리적으로 차단하며, 이를 통해 연결 노드 파손에 따른 내부 단락 및 화재 위험을 근본적으로 제거한다. 두 번째 열 차폐 특허는 배터리 내부 액체 냉각 도관에 다중 구역 열교환 장벽을 통합해 외부 충격 시 냉각 라인의 파열을 막고 전기 장치와의 격리 상태를 유지한다.

이 같은 하드웨어 혁신은 2030년 전고체 배터리의 본격적인 대량 양산 전까지 현재의 액체 전해질 배터리 팩의 물리적 밀폐 기술과 내구성을 극대화해 국가별 강화되는 안전 규제를 즉각 충족하겠다는 전략이다. CATL은 지난 한 해 동안에만 221억 4,700만 위안(약 4조 1,000억 원)에 달하는 천문학적인 R&D 비용을 투입해 누적 특허 보유 건수를 2만 5,046건으로 늘렸다.

LFP 배터리 강자인 BYD는 지능형 내비게이션 기반의 예측형 배터리 열 관리 시스템 특허를 출원하며 소프트웨어 기술 고도화에 나섰다. 이 시스템은 차량 제어 장치가 목적지 경로 매개변수와 실시간 배터리 셀의 특성 고유 데이터를 분석해 최적의 이중 온도 목표 곡선을 동적으로 예측·조절한다.

이를 통해 고부하 주행이 발생하기 전에 최적의 열 상태를 조절함으로써 불필요한 냉각·가열 사이클로 인한 에너지 낭비를 막고 주행 효율성을 극대화한다. 이 예측 온도 제어 기술은 BYD가 시장 경쟁사들을 압도하기 위해 추진 중인 저비용 배터리 전략의 핵심이다. 향후 황화물계 고체 배터리와 1만 회 충방전이 가능한 고내구성 나트륨 전지 등 차세대 라인업에도 직접 통합되어 까다로운 작동 온도 범위를 제어하는 데 활용될 예정이다.

BYD는 이러한 엔지니어링 투자를 지탱하기 위해 지난해 자동차 부문에서만 전체 매출의 80.68%에 달하는 6,486억 4,600만 위안(약 121조 원)을 벌어들였으며, 모바일 부품 조립 사업 등을 포함해 총 매출 8,039억 6,500만 위안을 기록했다.

한편, 세계지적재산권기구에 따르면 최근 전기차용 배터리 특허 출원은 기존의 액체 전해질 기반 리튬이온 배터리의 성능 개선 및 화재 안전 기술에서부터 전고체 배터리 분야로 핵심 축이 이동하고 있다.

전고체 배터리 특허는 토요타가 전 세계 고체 배터리 관련 특허 보유 건수에서 독보적인 1위를 달리고 있다. 파나소닉과 무라타 제작소 등이 그 뒤를 바짝 쫓고 있다. 황화물계 고체 전해질 및 전극 물질 설계 등 원천 기술 분야에서 강세를 보인다.

한국은 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 배터리 3사와 현대자동차 그룹이 고체 배터리 특허 출원을 급격히 늘리며 일본과의 격차를 좁히고 있다. 주로 양산 공정 기술과 음극재 신소재, 폴리머 및 황화물계 하이브리드 설계 등 상용화 단계의 실용 특허에 집중하는 양상이다.

CATL과 BYD 등 중국 기업들은 막대한 R&D 예산을 바탕으로 특허 건수를 매년 수만 건 단위로 확장하고 있는 것과 비교하면 거리가 있다.

그 외에도 LFP 배터리에 망간을 더해 에너지 밀도를 높인 LMFP 특허와 코발트를 배제해 가격을 낮춘 NMX(하이망간) 등 저비용·고효율 화학 조성 특허 출원이 쏟아지고 있다.

폐 배터리 분해 공정 자동화, 친환경 수화금속 공정을 통한 니켈·코발트·망간의 99% 이상 고순도 추출 기술, 셀 재제조 진단 특허 등 자원 순환 체계 선점을 위한 특허 경쟁도 배터리 업체와 완성차 진영의 연합 형태로 확대되는 추세다.