LG에너지솔루션, 특허 장벽으로 중국 배터리 기업 압박… 미국 시장 진출 본격화

미국 행정부가 배터리를 안보 자산이자 전략 자산으로 규정하면서 중국산 배터리의 완전한 배제가 예상된다. 이러한 상황에서 LG에너지솔루션과 LG화학은 세계에서 가장 많은 배터리 특허를 보유하고 있어 특허 전쟁을 본격적으로 시작할 수 있는 강력한 기반을 가지고 있다. 최근 글로벌 시장에서 유니트리의 상장이 큰 화제가 되었는데, 상장 후 600% 이상의 상승을 보였다. 그러나 로봇과 같은 신기술 산업의 성장에 비해 배터리에 대한 논의는 상대적으로 적은 편이다. 유니트리는 LG엔솔의 배터리를 사용하고 있어, 중국산 배터리가 아닌 한국산 배터리의 중요성을 시사한다.

현재 로봇에 들어가는 배터리 수요는 전기차에 비해 절대적으로 적은 편이다. 휴머노이드 로봇에 들어가는 배터리 용량은 전기차의 1/5 수준에 불과하며, 공간 제약으로 인해 고밀도 배터리가 필수적이다. 따라서 수천 대 생산 규모로는 전기차 몇백 대 판매 수준에 불과해 배터리 매출에 큰 영향을 미치기 어렵다. 그러나 휴머노이드 로봇이 산업 현장에 본격적으로 배치되고 일반 가정에 보급되면 시장의 폭발적인 잠재력이 실현될 것이다.

유니트리가 저렴하게 로봇을 상용화하려 함에도 LG에너지솔루션의 배터리를 사용하는 것은 LG엔솔을 포함한 한국 NCM 배터리 기술의 우수성을 증명한다. 휴머노이드 로봇에는 에너지 밀도가 낮고 부피가 크며 무거운 LFP 배터리는 적합하지 않다. 로봇은 순간적인 가속 능력과 높은 출력을 요구하는데, 이는 LFP 배터리가 감당하기 어렵다. 또한, LFP 배터리는 충방전을 자주 해야 하는 단점이 있다.

고밀도 3원계 배터리는 고출력을 감당하고 높은 에너지 밀도를 가지며 비교적 긴 시간 동안 작동할 수 있어 휴머노이드 로봇에 적합하다. 울트라 하이니켈 3원계 배터리는 전고체 배터리로 가는 과정에서 필수적인데, LFP 배터리로는 전고체 배터리로의 전환이 불가능하다. 전고체 배터리가 목표로 하는 에너지 밀도는 3원계와는 다르며, 울트라 하이니켈 양극제에 단결정 코팅 기술이 접목되어야 한다. 양극재 결정이 충방전 과정 중 파괴되는 것을 막기 위함이다. 현재는 드라이룸 기술이 3원계 배터리 기반이며, 전고체 배터리에도 이 기술이 그대로 이식될 수 있다. 이는 3원계 기반 경험이 전고체 배터리 개발의 필수적인 과정임을 의미한다.

충방전 과정에서 양극재 이온은 계속 움직이는데, 액체 전해질에서는 마찰이 없지만 고체 전해질에서는 계면 저항이 발생한다. 이로 인해 양극재 결정 자체가 부서질 수 있으며, 에너지 밀도를 잃고 부반응이 계속 일어날 수 있다. 이는 전고체 배터리의 가장 큰 장점인 화재 안전성을 위협할 수도 있다. 따라서 울트라 하이니켈 기술이 반드시 3원계 배터리에 적용되어야 하며, LFP 배터리에서 곧바로 전고체 배터리로 전환하는 것은 불가능하다. 3원계 배터리의 공정 과정인 드라이룸 기술은 습기에 민감한 황화물 고체 전해질과 관련해 폭발 위험을 방지하는 데 필수적이다.

황합 가스 발생으로 인한 폭발 위험 때문에 드라이룸 기술은 3원계 기반이며, 이는 전고체 배터리에도 이식 가능하다. 3원계 기반 경험은 전고체 배터리 개발의 필수적인 과정이다. 한국 기업들은 LFP보다 NCM 배터리에 집중적으로 투자해왔기 때문에 로봇 산업과 만나 큰 시너지 효과를 낼 수 있다. 실제로 LG에너지솔루션은 미국의 국방부로부터 드론에 한국 배터리를 사용하려는 문의를 받고 있다. 이는 배터리의 본질인 에너지 방출 능력, 즉 에너지 밀도의 중요성을 보여준다. 휴대폰이나 전기차의 사례에서 보듯이, 에너지 밀도가 낮은 LFP 배터리는 결국 사용자 경험을 저해하며, 장기적으로는 3원계 배터리로 전환될 가능성이 높다.

에너지 밀도가 낮은 LFP 배터리를 채택한 전기차는 현재 가격 경쟁력 때문에 사용되지만, 향후 한계에 부딪히면 3원계 배터리로 돌아설 가능성이 크다. LFP 배터리는 에너지 저장 시스템(ESS), 전동 공구 등 일부 분야에서는 쓰일 수 있지만, 고출력을 요구하는 피지컬 AI(휴머노이드 로봇, UAM, 드론 등)에는 3원계 배터리가 필수적이다. 미국은 배터리 공급망 관련 규제를 강화하며 배터리를 전략 자산으로 규정하고 있다.

미국 의회는 이미 몇 년 전 배터리를 전략 자산으로 규정하고 중국산 배제를 선언했으며, 이제 행정부가 이를 본격화하고 있다. 미국 정부는 국방부, 수출입 은행, 에너지 부가 연합하여 자체적인 배터리 밸류체인을 구축하려 한다. 실리콘 음극재, 리튬, 니켈 광산 등에 투자하며 공급망을 내재화하려는 움직임이다. 그러나 밸류체인 구축은 하루아침에 되는 일이 아니며, 유럽의 노스볼트 파산 등 사례에서 보듯 막대한 시간과 자금이 필요하다.

미국은 자체 공급망 구축과 동시에 우방국의 손을 잡을 수밖에 없는 상황이다. 한국 기업들은 이미 미국 현지에 단독 또는 조인트 벤처 형태로 진출해 있어 미국이 한국 기업을 선택하는 데 부담이 적다. 미국 행정부가 배터리를 안보 자산으로 규정하고 중국산 배터리를 완전히 배제하려는 움직임은 북미 시장에서 한국 배터리의 점유율을 지속적으로 늘릴 수 있는 기회로 작용할 것이다. 또한, AI 데이터센터 등 주요 시설에 중국산 배터리가 들어올 경우, 배터리 내 통신 기능으로 인해 외부 조작 및 폭파 위험이 있어 국가 안보상 큰 문제가 될 수 있다.

배터리 내부에는 통신 기능이 탑재되어 있어 외부에서 조작할 수 있다. 이는 배터리를 멈추게 하거나 심지어 폭파시킬 수도 있음을 의미한다. 배터리가 AI 데이터센터, 공장, 행정부 주요 시설, 병영, 전력망 등에 광범위하게 사용되는 점을 고려할 때, 적국 배터리 사용은 국가 안보에 심각한 위협이 될 수 있다. 미국과 중국 모두 이러한 상황에서 고민이 깊다. 미국은 중국 배제 시 막대한 비용이 발생하고, 중국은 미국과 유럽 시장 진출이 어려워 내수 시장에 집중해야 하는 상황이다.

이러한 시점에서 한국 기업들이 기회를 잘 잡아야 하지만, 아직 아쉬운 부분도 있다. LG에너지솔루션은 글로벌 시장을 겨냥해 중국 기업들과 특허 소송을 진행 중이다. 첫 번째 사례는 '선너다'라는 중국 업체와의 소송으로, 독일에서 LG엔솔이 승소했지만 선너다는 이를 수용하지 않았다. 이에 LG엔솔은 선너다 배터리를 탑재한 완성차 업체인 볼보와 르노를 압박하기 시작했고, 결국 선너다가 로열티를 지불하며 특허 분쟁을 마무리했다.

선너다와의 특허 분쟁은 시작에 불과하다. LG에너지솔루션은 유럽 UPC(통합 특허법원)에 중국 BYD 본사 및 유럽 9개 지사를 동시에 제소했다. 만약 LG엔솔이 승소한다면 선너다보다 훨씬 큰 규모의 영향이 예상된다. 미국에서는 ITC(국제 무역 위원회)에 EV 에너지라는 원통형 배터리 제조사를 제소했다. 특히 전동 공구에 들어가는 원통형 배터리에 대한 제소로, 만약 승소하면 EV 에너지는 미국 시장에 들어올 수 없게 되며, 해당 전동 공구 회사들도 미국에서 제품을 판매할 수 없게 된다. ITC 절차는 비교적 빠르고, 특허 침해 시 수입 배제 명령을 내릴 수 있기 때문에 더욱 강력하다.

EV 에너지와 전동 공구 회사들을 제소한 이 사건은 단순히 전동 공구 시장에만 국한되지 않는다. BMW의 신형 노이어 클래스 플랫폼을 적용한 초베스트셀러 모델인 BMW IX3에도 EV 에너지의 원통형 배터리가 들어간다. 따라서 LG엔솔은 전동 공구 회사뿐만 아니라 BMW에 경고를 날린 것이라고 볼 수 있다. 만약 LG엔솔이 승소하면 EV 에너지가 만드는 46파이 원통형 배터리도 특허 위배 가능성이 높다. 이는 BMW 같은 완성차 업체들에게 큰 압박이 될 수 있다.

LG에너지솔루션과 LG화학은 세계에서 가장 많은 배터리 특허를 보유하고 있어, 3원계 배터리는 사실상 LG엔솔의 특허망을 피해가기 어렵다는 평가를 받는다. 3원계 배터리뿐만 아니라 BMS(배터리 관리 시스템) 특허도 많이 갖고 있어 특허 전쟁이 완성차 업체들에게 큰 의미가 있다. 중국산 배터리를 사용하다가 문제가 발생하면 완성차 업체들이 책임을 져야 하기 때문이다. 따라서 완성차 업체들은 중국산 배터리 사용을 더욱 신중하게 검토하게 될 것이며, 승소 사례가 쌓일수록 한국산 배터리 채택 유인이 커질 것이다.

중국 업체들이 3원계 대신 LFP 배터리에 집중한 이유 중 하나는 LG엔솔의 강력한 3원계 배터리 특허망을 우회하기 위함이라는 분석도 있다. LG엔솔의 특허망은 3원계 배터리뿐만 아니라 BMS 특허까지 포괄하여 우회하기 어려운 상황이다. 이러한 특허 전쟁은 완성차 업체들에게 큰 부담으로 작용할 것이다. 중국산 배터리 사용 시 나중에 문제가 발생하면 리콜이나 보상 등 막대한 책임이 따를 수 있기 때문이다. 이로 인해 완성차 업체들은 중국산 배터리 대신 한국산 배터리를 선택할 가능성이 커진다.

설령 중국산 배터리를 사용하더라도 완성차 업체들은 중국 배터리 회사에 면책 조항을 요구할 것이고, 이는 중국 기업들이 기존의 저렴한 가격으로 납품하기 어렵게 만들 것이다. LG엔솔의 특허 전쟁은 언론에서 다뤄지는 것보다 훨씬 폭발적인 영향력을 가질 수 있으며, 퀄컴처럼 막대한 로열티 수익을 창출할 잠재력을 지니고 있다. LG엔솔은 그동안 관망세를 유지했으나, 이제는 유럽에 이어 미국까지 특허 전쟁의 전장을 넓히고 있다. 한편, 포스코퓨처엠의 19만 톤 LFP 양극재 공급 계약은 중국과 비교해 원가 경쟁력이 있을 것으로 평가된다. 포스코 그룹은 자체적으로 철, 인산철, 리튬 등을 생산하여 밸류체인을 완성했기 때문에 원자재를 저렴하게 확보할 수 있다.

포스코 그룹은 포스코홀딩스를 통해 철을 생산하고, 인산철 및 리튬을 자체적으로 확보하고 있다. 특히 리튬 생산은 세계 5~6위권에 해당하여 저렴하게 원자재를 조달할 수 있다. 이러한 내부 밸류체인 완성은 포스코퓨처엠이 다른 기업에 비해 상당한 원가 경쟁력을 가질 수 있는 기반이 된다. 다른 기업들이 원소재 확보와 중간재 처리 과정에서 발생하는 마진 문제를 겪는 것과 달리, 포스코는 포스코인터내셔널 등 계열사를 통해 리튬, 니켈, 탄소 원광(흑연) 등 업스트림 자체를 장악하고 있다. 이 모든 것이 장기적으로 원가 경쟁력으로 이어질 것이다.

우리나라 기업들은 2차전지 산업에서 각각의 매력을 가지고 있지만, 아직 산업에 대한 신뢰가 더 쌓여야 한다. 4~5년 전 크게 붐을 이루었으나 전기차 시장의 폭발적인 성장이 기대에 못 미치면서 실망감을 느낀 투자자들이 많다. 그러나 에너지 저장 장치(ESS)라는 또 다른 시장이 개화하고 있으며, 이 분야에서 한국 기업들은 공격적인 특허 방어와 원가 경쟁력 확보를 통해 중요한 역할을 할 수 있다. 따라서 지금 시점에서 2차전지 및 배터리 관련 산업에 대한 심층적인 분석과 스터디가 필요하다.