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Jul 02, 2023

특허 출원은 EV 배터리의 미래에 대한 단서를 제공합니다

우리는 내부적 전환의 역사적 전환의 예비 단계에 있습니다.

우리는 내연기관(ICE) 차량에서 배터리 전기자동차(BEV)로의 역사적인 전환의 예비 단계에 있습니다. 전환은 여러 면에서 비용이 많이 들고 어려울 것입니다. 혁신은 이러한 전환을 완화해야 합니다. 최근 제출된 특허 출원은 BEV 혁신 방향에 대한 단서를 제공할 수 있습니다.

해설

대부분의 미국 특허 출원은 출원 직후 USPTO(미국 특허상표청)에 의해 공개됩니다. 이 기사에서는 BEV 혁신과 전 세계 다른 특허청에 제출된 특허를 반영하는 USPTO 특허 출원에만 중점을 둡니다.

미국 특허는 소유자에게 특허가 적용되는 제품을 미국에서 다른 사람이 제조, 사용, 판매 또는 수입하는 것을 막을 수 있는 권리를 부여합니다. 제품이 특허에 대한 지식 없이 만들어졌는지 여부에 관계없이 경쟁 제품에 대해 특허를 주장할 수 있습니다. 특허는 매우 가치가 높을 수 있으며 소송, 제3자에 대한 라이센스 부여 또는 기타 수단을 통해 소유자가 활용될 수 있습니다.

BEV는 전적으로 전기로 구동됩니다. BEV 파워 트레인에는 일반적으로 충전식 배터리와 전기 모터 사이에 전기적으로 연결된 트랙션 인버터가 포함됩니다. 배터리는 DC 전원을 제공합니다. 전기 모터가 작동하려면 AC 전원이 필요합니다. 트랙션 인버터는 배터리의 DC 전력을 전기 모터용 AC 전력으로 변환합니다. 트랙션 인버터는 전기 모터의 속도와 토크도 제어합니다.

배터리는 BEV 파워트레인에서 가장 중요하고 값비싼 구성 요소입니다. 배터리는 비용, 충전 시간, 에너지 밀도, 전력 밀도, 안전성, 수명 등 다양한 요소로 특성이 결정됩니다. 배터리가 더 작고 가벼워지면 BEV의 비용과 무게가 줄어듭니다. 그러나 더 작은 배터리에는 운전자의 주행 거리 불안을 완화하는 데 필요한 용량이 부족합니다.

현재 BEV에는 리튬이온 배터리가 선호되고 있다. 2022년에는 수많은 보도 자료에서 미국에 리튬 이온 배터리 제조를 위한 새로운 공장을 설립할 계획을 발표했습니다. 이러한 발표는 국내 조달 BEV 배터리에 중점을 두는 미국 인플레이션 감소법이 통과된 직후 증가했습니다.

리튬이온 배터리는 전해질, 양극, 음극으로 구성됩니다. 전해질은 배터리가 충전되거나 방전되는 동안 양극과 음극 사이에서 이온이 교환되는 곳입니다. 전해질과 전극(즉, 양극과 음극)에 여러 가지 다른 재료를 사용할 수 있으며 각각 고유한 장점과 단점이 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

USPTO 데이터베이스에 따르면 리튬 이온 배터리와 관련하여 총 4,301개의 미국 특허 출원이 제출된 것으로 나타났습니다. 이러한 특허 출원 중 상당수는 재활용, 모니터링 등의 방법을 포함하여 리튬 이온 배터리의 주변 측면에 관한 것일 수 있습니다. 그러나 4,301개 특허의 대부분은 리튬 이온 배터리의 구성, 구조 및 제조 방법에 관한 것입니다.

4,301건의 특허 출원 중 거의 40%가 지난 5년간 제출되었으며, 이는 리튬 이온 배터리 기술의 혁신이 빠른 속도로 계속되고 있음을 시사합니다. 이는 또한 리튬이온 배터리가 가까운 미래에 BEV에서 중요한 역할을 할 것임을 시사합니다. 아래 차트는 지난 5년 동안 미국에 제출된 리튬 이온 배터리 관련 특허 출원의 신청 국가별 지리적 분석을 보여줍니다. 2017년부터 일본이 리튬이온 배터리 개발에 주도적인 역할을 한 것으로 보인다.

리튬 이온 배터리 기술의 중요성에도 불구하고 USPTO에서는 전고체 배터리와 같은 대체 배터리 기술에 대한 미국 특허 출원이 출원되는 비율이 증가하고 있는 것으로 나타났습니다. 리튬 이온 배터리와 달리 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용하여 양극과 음극 사이에 리튬 이온을 전달합니다. 고체 전해질은 배터리에 더 높은 에너지 밀도, 더 긴 수명, 더 나은 안전성을 제공합니다. 그러나 전고체 배터리를 대규모로 제조하는 데에는 가격과 복잡성에 대한 우려가 있습니다.