중국, ‘포스트 리튬이온 시대’ 글로벌 배터리 특허 경쟁 주도

중국, 전체 유효 특허 중 절반 이상 차지
일본, 미국, 한국이 다음
나트륨이온 배터리 분야서 우위 평가
리튬이온보다 싸고 원자재 구하기 쉽다는 강점

중국이 리튬이온 배터리를 대체할 후속 배터리 개발 경쟁에서 미국과 일본 등을 제치고 선두로 질주하고 있다. 최근 10년간 전 세계 ‘포스트 리튬이온 배터리’ 관련 특허 가운데 중국이 따낸 것만 절반이 넘는 것으로 나타났다.

4일 니혼게이자이신문(닛케이)이 미쓰이물산 전략연구소에 배터리 관련 조사를 의뢰한 결과 지난해 12월 기준 포스트 리튬이온 관련 유효 특허는 총 9862건으로 집계됐다. 이 가운데 중국이 5486건으로 전체 절반 이상을 차지했다. 일본(1192건)과 미국(719건), 한국(595건), 프랑스(128건)가 뒤를 이었다.

기업·기관별로 꼽은 상위 10곳 중엔 중국과학원과 배터리 업체 CATL 등 중국 소속만 7곳에 달했다.

특허 건수에 질적 평가를 더한 종합지수에서도 중국은 가장 높은 점수를 받았다. 평가엔 다른 특허에 인용된 횟수 등이 포함됐다. 중국은 4930점을 받았고 미국과 일본은 각각 2630점, 2260점을 받았다. 중국 종합지수는 10년 새 109배로 뛰어 같은 기간 2~3배 상승에 그친 미국·일본보다 가파른 성장세를 보인다.

특히 중국은 리튬이온 배터리 후속 배터리로 가장 유력한 나트륨이온 배터리에서 우위에 있다는 평가를 받고 있다. 나트륨이온 배터리는 리튬이온 배터리보다 싸고 안전하다는 강점이 있다. 용량은 리튬이온 배터리보다 작지만, 비용은 기존의 60~70% 수준에 머물 것으로 추정된다. 배터리에 필요한 원자재인 나트륨이 리튬이나 코발트보다 풍부하다는 특징도 있다. CATL은 연내 나트륨이온 배터리를 양산, 전기차에 공급할 계획이어서 중국은 상용화에서도 앞서고 있다.

배터리 개발 환경이 리튬이온에서 나트륨이온으로 빠르게 옮겨가는 데는 공급 불균형이 가장 큰 원인으로 꼽힌다.

현재 전기차 시장에서 주류 배터리로 통하는 리튬이온 배터리는 일본이 주름잡고 있다. 2014~2018년 리튬이온 배터리 관련 특허의 40%가 일본 소유였을 정도다. 그러나 리튬이온 배터리에 사용되는 리튬과 코발트가 주로 남미와 아프리카에서 집중적으로 생산되는 터라 공급망이 협소하다는 문제가 있었고, 여기에 전기차 수요까지 늘면서 배터리 가격이 치솟기 시작했다. 이런 이유로 나트륨이온 배터리로의 전환 필요성이 대두됐다.

중국 정부는 재생에너지와 전기차 도입 확대를 목표로 차세대 배터리 개발에 한창이다. 지난해 ‘14차 5개년 규획(계획) 기간 재생에너지 발전계획’을 발표하고 2025년까지 비화석 에너지 소비 비율을 20%, 2030년까지 25%로 향상한다는 계획을 발표했다. 당국은 재생에너지 이용 촉진을 위한 기술 개발 차원에서 나트륨이온 배터리 연구에 주력한다는 방침이다.

미국과 일본도 중국을 추격하고 있다. 미국은 마그네슘이온 배터리 분야에서 선두를 달리고 있으며 일본은 불소를 핵심 소재로 쓰는 불화물이온 배터리에서 앞서 있다는 평가를 받고 있다.