중국 기관에서는 베이징과학기술대학교 등 세 기술군 모두 실적이 존재하는 기관이 다수 존재한다. 또한, 해당 기관에서 발표한 논문들의 피인용 수는 중국 평균을 웃돌며, 연구 분야도 배터리 이슈 대부분을 다루는 것으로 분석되었다.
미국의 경우 <표 4-2>에는 많은 기관이 나타나지 않았으나, 상당히 많은 기관에서 다양한 연구주제로 연구를 진행하고 있다. 유럽권 기관 또한 대학 위주로 기관 분석 결과가 나타났다. 또한, 크랜필드대학교나 뮌스터대학교 등 유럽권 대학에서 피인용 횟수가 100건을 넘어가는 영향력 높은 논문을 발표하는 경우가 중국이나 타 국가에 비해 많은 것으로 나타났다.
말레이시아의 경우 배터리 시스템 고도화와 관련된 논문 실적이 많이 나타났으며, 두 개 기관이 상위권으로 자리매김하였다. 해당 기관에서는 충전 상태에 대한 예측 및 실증에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
2) 국내 주요기관 분석
한국도 마찬가지로 실적이 존재하는 기관은 대학으로 나타났으며, 기업보다는 순수연구집단에서 주로 논문 실적을 발표하는 것으로 나타났다.
성균관대학교에서는 세 기술군 모두에서 논문을 발표했다. 성균관대학교의 논문 실적은 대부분 2015~2016년에 존재하며, 완속 충전 등의 충전상태에서 배터리에 제공되는 전력 품질향상을 위한 연구를 수행했다.
한국과학기술원은 두 번째로 많은 논문을 발표하였으며, 한 개의 논문이 피인용 수가 100건을 상회하고 있다. 이는 실리콘을 활용한 양극재를 구성하기 위해 배터리 구성요소인 바인더에 관해 연구하는 내용이다.
한편 삼성전자는 유일하게 기업에서 논문을 발표했다. 해당 연구는 수명주기에 관한 연구와 배터리의 충전상태를 진단하기 위한 모형에 관한 연구로 두 연구 모두 높은 피인용 수를 가지고 있다.
이외에도 여러 대학 기관에서 배터리와 관련된 논문을 발표하였으며, 연구주제는 세 기술군 모두 고르게 나타났다.
2. 기관별 특허 분석
기관별 특허 또한 내용 일치도가 높은 특허를 선별하여 발행기관을 분석하였다. 특허 실적의 경우 미국 특허(US)에 속하는 특허 중 연관성이 높은 내용을 선별하여 분석을 수행한 결과 대부분의 상위 기관은 기업으로 나타났으며, 자동차 또는 배터리와 관련된 기업에서 주로 특허 실적을 발표하는 것으로 나타났다.
세 기술군 모두 한국 기관이 최상위 실적 기관으로 나타났으며, 특히 LG화학은 세 기술군 모두 실적이 최상위권으로 분석되었다. LG화학에서는 배터리 열관리와 관련된 실적도 일부 존재하였으나, 상당수가 배터리의 기능 향상을 위한 물질 또는 구조체에 관한 기술특허 내용이었다.
또한, 한양대학교 산학협력단에서 실적이 여럿 발표되었는데, 해당 협력단에서 자동차 기업과의 산학 연구를 수행하고 있다. 해당 기관에서는 대부분 분리막과 전해질과 같은 배터리 구성요소에 관련한 기술에 관하여 내용을 다루고 있다.
중국 기관에서는 배터리 시스템 고도화 기술에서 특허를 주로 발표했다.
주로 열관리와 관련된 특허를 많이 출원하였으며, 배터리 팩의 상태를 확인하고 관리하는 기술에 대한 특허도 일부 포함하고 있다.
또한, 상당수의 미국 기관이 순위권에 이름을 올렸다. 대부분 대형 자동차 기업에서 수행한 기술 연구를 포함하는 특허이며 자동차 부품이나 충전 장치와 연계된 시스템적 측면의 기술특허가 다수 식별되었다.
일본의 경우 닛산 자동차가 상위권에 이름을 올렸으며, 음극재 관련 기술과 전고체배터리의 기반이 되는 비 액체 전해질에 관한 기술이 주로 특허 내용에 포함되었다.
3. 주요 키워드 분석
1) 주요 키워드
다음으로 1, 2장에서 선별한 특허 및 논문별로 제시된 요약문과 키워드를 토대로 높은 빈도로 나타나는 키워드를 식별했다. 기술군별로 상위 빈도의 키워드를 순위대로 나열하되, 지나치게 일반적이거나 무의미한 키워드는 배제하여 작성했다.
배터리 에너지저장 특성 향상 기술(T01)의 경우 특허는 분리막이나 전해질, 물질과 관련된 키워드 위주로 식별되었으나, 논문에서는 기능과 관련된 키워드가 많이 식별되었다.
이는 논문에서 시스템과 연계한 내용의 연구를 많이 진행하고 있음을 알 수 있다.
배터리 출력 특성 향상 기술(T02)의 경우 특허는 물질 자체와 관련된 키워드가 주로 식별되었으며, 논문에서는 물질의 특성과 관련된 키워드가 식별되었다.
특히 배터리 출력 특성 향상 기술(T02)은 특허와 논문 모두 키워드의 집중도가 상대적으로 낮은 특성을 보였다. 즉, 빈도가 낮은 다양한 키워드가 식별되었다.
배터리 시스템 고도화 기술의 경우(T03) 특허는 냉각과 관련된 키워드가 상당수 식별되었으나, 논문에서는 수명이나 충전 상태에 대한 수학적 모형과 관련된 키워드가 상당수 식별되었다. 타 기술군보다 모형적 접근을 수행한 연구가 상당수 존재했다.
2) 주요 주제
특허 및 논문별로 제시된 요약문과 키워드를 토대로 주요연구 주제를 식별했다. 주제는 키워드와 해당 문서를 분석하여 선정하고, 문과 특허의 매칭 작업을 따로 수행하여 유사한 토픽이 발생할 경우, 우선하여 나열했다.
배터리 에너지저장 특성 향상 기술(T01)의 경우 가장 큰 주제는 1) 주 행거리 향상을 위한 리튬이온 배터리 기반 물질 개발 및 특성 개선과 2) 액체 전해질을 고체 형태로 대체하는 전고체배터리와 관련된 내용이었다. 특히 사용 시간이 길어짐에 따라 배터리 용량에 대한 손실을 줄이는 연구와 배터리의 충전 용이성 향상과 관련된 연구가 함께 식별되었다.
배터리 출력 특성 향상 기술(T02)의 경우 충전시간 단축이 가장 큰 이슈이며, 물질과 구조체를 연구하거나 개발하는 내용이 다수 식별되었다.
논문에서는 열관리와 관련된 이슈가 많이 식별되었는데, 이는 출력과정에서 발생하는 열에 따른 배터리 부하를 방지하기 위한 내용의 연구이다. 이는 배터리 시스템 고도화 기술과의 연계가 가능하다.
특허에서는 나트륨과 알루미늄 이온을 기반으로 한 배터리를 제안하는 내용이 있었으며, 출력 특성을 유지하면서 단가를 낮추는 방향의 기술을 개발하고 있다.
배터리 시스템 고도화 기술의 경우(T03) 주로 충전 상태의 배터리 관리와 배터리 운용 과정에서 변수 제어 등의 주제가 연구 및 개발 주제로 식별되었다.
논문에서는 배터리의 수명과 고장과 관련된 연구 주제가 다수 식별되었는데 이는 배터리 수명을 연장하고 재사용하는 과정에서 신뢰도를 향상하게 하는 연구가 주였다.
특허에서는 냉각과 관련된 기술이 많이 제안되었다. 이는 소재부터 시스템까지 다양한 방면에서 배터리로부터 발생하는 열에 따른 배터리 성능 저하를 막기 위한 연구가 많은 비중을 차지하고 있다.
4. 기술군별 지표 분석
1) 연구 및 기술개발 성장성 분석
해당 기술군의 특허와 논문의 발표 시점을 토대로 특허와 논문의 발표 건수가 시간이 흐름에 따라 점차 성장(증가)하는지 확인하여 기술군의 성장 추세를 분석했다. 해당 분석을 위해, 단순한 산술평균이 아닌 평활(smoothing) 형태의 지표를 도입하여, 최근 연도의 발표 건수는 보다 높은 가중치를 갖는 지표를 활용했다.
최신연도에 많은 특허(논문)가 발표될 경우, 최신연도에 발표된 논문(특허)에 상대적으로 높은 가중치를 가지게 되어 지표가 증가한다.
대체로 특허보다 논문의 성장성 지표 값이 크게 산출되었다. 이는 최신연도에 발표된 논문의 비중이 높다는 뜻이며연구 실적에 대한 성장 추세가 특허에 비해 뚜렷하다는 것을 알 수 있다.
논문의 경우 배터리 에너지저장 특성 향상 기술(T01)이 다른 두 기술군에 비해 높은 성장 추세를 보였다. 이는 전고체배터리에 관한 연구가 증가하고 있으며, 자동차 배터리의 확산 과정에서 주행거리가 가장 중요한 요소임을 확인할 수 있다.
특허의 경우 반대로 배터리 에너지 저장 특성 향상 기술의 성장 추세가 가장 낮게 산출되었으며, 배터리 시스템 고도화 기술의 성장 추세가 가장 높게 나왔다. 이는 후발 주자인 중국의 특허 발표 실적이 증가하고 있기 때문이다. 또한, 주제 측면에서 열관리 기술에 대한 비중이 증가했다. 배터리 성능에 미치는 영향이 크기 때문에 시스템을 구성하는 기술에 관한 내용이 최신 실적으로 다
수 포함되었다.
2) 세계 대비 국내 수준 분석
발표 건수(양적 수준), 평균 피인용수(질적 수준), 평균 패밀리 특허 수(활용 수준)에 대해 1위 국가와 한국의 격차를 비교함으로써 한국의 논문, 특허 수준을 파악했다. 여기서 인용은 논문이나 특허 등의 저작물의 원저자를 밝히고 정해진 형식으로 다른 저작물에 이용하는 것을 말한다. 즉, 피인용은 다른 연구자가 해당 논문과 특허의 정보를 활용했다는 것으로 피인용 수가 높은 논문이나 특허는 일반적으로 높은 질적 수준과 관심을 가진다고 예상할 수 있다. 또한, 특허에서 활용된 패밀리 특허는 하나의 특허가 여러 국
가에 출원될 때, 각국의 출원 특허들과 관련된 모든 특허가 가족과 같은 형태를 이루고 있는 것을 의미한다. 예를 들어 배터리 음극재와 관련된 A라는 특허를 한국에 출원·등록하였더라도 A라는 특허를 미국으로(USPTO) 출원·등록하기 위해서는 별도의 과정을 거쳐야 한다. 이런 과정을 거쳐 생긴 여러 개의 관련 특허를 패밀리 특허로 정의한다.
따라서 패밀리 특허 수가 많다는 것은 하나의 특허(원천기술)가 여러 국가에서 지재권으로 인정받아 활용 가능하다는 것을 의미한다.
각각의 변수(건수, 평균 피인용 수, 평균 패밀리 특허 수)별로 가장 높은 국가를 기술군별로 분석하고, 한국과 1위 국가 간 변수의 비율을 토대로 지표 값을 산출했다.
논문의 발표 건수 관점에서는 모든 기술군에서 중국에 비해 낮은 수준을 보였다. 다만 중국의 피인용 횟 수가 낮아 피인용 횟수가 높은 미국의 실적과 비교하면 약 60% 정도 수준으로 평가된다.
논문의 피인용 횟수 관점에서는 기술군별로 1위 국가보다 약 15~30%정도 수준에 머무르고 있다. 이는 특허에 비해 낮은 수치이며 배터리의 기반 기술을 강화하기 위해 우수한 연구 실적이 필요한 실정이다.
특허의 양적 관점에서는 한국의 발표 건수가 세계 1위이며 높은 수준임을 알 수 있다. 특허의 질적 관점에서는 시스템적 측면에서 높은 경쟁력을 가지나, 배터리 특성과 관련된 기술에 대한 피인용 횟수는 미국에 비해 낮은 편이다. 따라서 해당 기술에 대한 핵심 특허를 개발하거나 확보하는 것이 필요하다.
특허의 활용 수준(평균 패밀리 특허수) 관점에서는 독일과 일본의 경쟁력이 높은 것으로 분석되었다. 배터리 시스템 고도화의 경우 일본의 1건 특허의 패밀리 수가 100건을 넘어가 한국특허의 실질적인 활용 수준은 낮지 않으며 타 기술군도 높은 수준의 패밀리 특허 수를 나타냈다.
이는 한국에서 개발한 특허가 다양한 국가로부터 더 인정받아 활용 경쟁력이 높으며, 추후 기술개발 시유리한 환경이라 해석할 수 있다.
3) 연구 연계성-다양성 분석
논문과 특허의 주제는 위에서 식별한 키워드가 아닌 사전에 정의된 분류기준을 토대로 분석했으며, 논문은 클래리베이트 애널리틱스(Clarivate Analytics)에서 제공하는 분류 기준, 특허는 국제 특허 분류(International Patent Classification) 기준을 활용했다.
주제 연계성은 세 기술군의 연구(기술개발) 분야가 유사한지를 분석한 것으로 코사인 유사도를 활용했다.
논문과 특허 모두 주제 연계성이 매우 높게 나타났으나, 논문의 배터리 시스템 고도화 기술의 연계성은 상대적으로 낮게 나타났다. 이는 타기술군과 달리 컴퓨터과학과 전기전 자공학으로 분류된 시스템제어 관련 연구의 비중이 높았기 때문이다.
주제 다양성은 세 기술군의 연구 분야가 얼마나 종류가 많고 균일하게 분포하는지를 분석하는 것으로 아래 식과 같이 산출한다. 이때, 주제의 비중은 특정 주제가 포함된 문서수를 전체연도별 발표 건수로 나누어 산정한다.
주제의 다양성은 논문이 대체로 높게 나타났다. 특허의 경우 대부분 실적이 H01M(배터리)과 B60L(전기 차량추진)에 분류되어 있으나 논문은 배터리의 다학제적 특성에 따라 에너지 연료, 전기전자공학, 화학공학, 열역학, 재료과학 등의 다양한 분야로 분류되어 높은 값이 산출되었다.
특허의 다양성 지표의 경우 배터리 출력 향상 기술(T02)의 값이 상대적으로 높게 산출되었는데 H01B(전도 체소자), C22C(합금) 등의 소재 비중이 타 기술군보다 높아 차별된 주제에 속한 특허가 많았다.
