고무풍선기린의 Contraposto

작성일: 2026-10-06 · 작성자: CNT 소재 연구자 · 시리즈: OCSiAl 특허로 읽는 SWCNT 분산액 (2/3) ·

한 줄 요약 (TL;DR)

질문: SWCNT를 겔화제와 함께 분산하면 분산액과 전극 슬러리의 물성은 실제로 얼마나, 어떤 조건에서 달라질까?

답: 미국 특허 US 12,482,825 B1의 실시예 1~7(겔화제 공동 분산)은 모두 유동지수 n ≤ 0.37, K ≥ 3.2 Pa·sⁿ, 점도 조건(0.159 s^-1에서 20 Pa·s 이상, 18.6 s^-1에서 2 Pa·s 미만)을 만족했고, 겔화제 없이 만든 비교예 8만 모두 미달했습니다. 슬러리를 7일 보관했을 때 상층 용매 변화는 실시예 1~7에서 +0.9~+3.5%, 비교예 8에서 +35%(양극)였습니다.

• 겔화제 종류: CMC-Na, CMC-Li, PVP, PAA-Na 모두 조건을 충족 (실시예 1~7)
• SWCNT/겔화제 중량비: 0.15~10 (청구항 범위 0.05~10 안), 분산액 SWCNT 0.3~2 wt%
• 분산액 K는 G′와 함께 증가: Spearman ρ = 0.93 (실시예 1~7, 표본 7개라 경향 수준)
• 18.6 s^-1 점도는 1.5~1.9 Pa·s인 실시예가 많아 2 Pa·s 경계에 가깝게 설계됨

이 글은 "OCSiAl 특허로 읽는 SWCNT 분산액" 3부작 중 2편입니다. 대상 특허는 US 12,482,825 B1(2025-11-25 등록, 우선권 RU2021139483, 출원인 MCD Technologies S.A. R.L.)이며, 이 글의 계산 값은 특허 Table 1·2와 실시예 본문을 정리한 것입니다.

실시예 1~8은 무엇이 다른가?

특허는 8개의 분산액 실시예(1~7)와 비교예(8)를 제시합니다. 겔화제 종류, SWCNT 처리, 분산 장비, 분산 횟수가 서로 다르므로 먼저 조건을 한 표로 정리합니다.

실시예 7은 원문에 RPA+초음파 공정과 HPH 6회 공정이 함께 적혀 있어 어느 쪽을 실제로 썼는지 원문만으로는 알 수 없습니다. 분산 단계 투입 에너지는 HPH 기준 실시예 1·4가 27, 실시예 6이 30, 실시예 2가 53, 실시예 5가 63 W·h/kg입니다.

분산액 물성은 어떻게 나왔나?

SWCNT/겔화제 비는 표의 wt% 조성에서 계산했습니다. 실시예 2는 원문 본문에 0.667로 적혀 있으나 0.3/0.6 = 0.5(Table 1 값)가 맞습니다. 실시예 1의 n은 본문 0.13, Table 1 0.14입니다.

실시예는 청구항 조건을 모두 만족하나?

청구항 1은 SWCNT 0.3~2 wt%, SWCNT/겔화제 비 0.05~10, 약한 겔 구조를 요구하고, 종속항 2는 n ≤ 0.37과 K ≥ 3.2 Pa·sⁿ, 종속항 3은 G″ ≥ 27 Pa를 추가합니다. 명세서는 여기에 0.159 s^-1 이하에서 20 Pa·s 이상, 18.6 s^-1 이상에서 2 Pa·s 미만이라는 점도 조건을 제시합니다. 각 조건을 위 표 값에 직접 대 보면 다음과 같습니다.

이 표에서 읽히는 점은 세 가지입니다. 첫째, 실시예 1~7은 모든 조건을 만족하도록 선택된 시료로 보입니다. 둘째, 경계를 정밀하게 시험한 시료가 있습니다. 실시예 4는 G″가 28 Pa로 하한(27)에 바로 붙어 있고 0.159 s^-1 점도도 22 Pa·s로 하한(20)에 가깝습니다. 실시예 5는 비가 정확히 10(상한)이고 SWCNT가 2 wt%(상한)입니다. 셋째, 비교예 8은 고전단 점도 조건(2 Pa·s 미만)은 오히려 만족하므로, 겔화제의 효과는 고전단 점도를 낮추는 것보다 저전단 점도와 n을 바꾸는 쪽에서 나타납니다.

고전단 분산(D)과 휴지(R)는 왜 번갈아 하나?

특허 명세서의 공정은 고전단 분산(D)과 휴지(R)를 번갈아 반복하는 것입니다. 분산 단계는 전단 속도 10,000 s^-1 이상에서 10 W·h/kg 이상(또는 초음파 20 kHz 이상, 1 W·h/kg 이상)을 가하고, 휴지 단계는 10 s^-1 미만에서 1분 이상 둡니다. D는 최소 3회, R은 최소 2회가 기본이고, D/R 반복 횟수가 5/4회, 10/9회, 30/29회 이상일수록 바람직하다고 적혀 있습니다.

명세서 설명을 정리하면 D 단계에서는 SWCNT 번들이 풀리고 겔의 약한 결합이 끊어져 점도가 낮아지며, R 단계에서는 겔화제 겔 도메인이 CNT로 다시 연결되는 구조가 만들어집니다. 이 휴지 단계의 재연결 역할은 명세서 서술에 근거한 정리이며 별도 실험으로 확인된 것은 아닙니다. 이 공정은 러시아 등록 특허 RU 2777040 C1의 청구항 17에는 있지만 US 등록 청구항에는 없습니다.

실시예의 분산 횟수는 6회(실시예 6)에서 32회(실시예 4, 5)까지 넓습니다. 그러나 횟수가 많다고 G′가 높지는 않습니다. 실시예 4(32회)의 G′는 176 Pa, 실시예 6(6회)의 G′는 2,800 Pa입니다. 겔화제 농도, CNT 종류, 분산 장비가 함께 달라서 횟수만의 효과는 이 데이터로 분리할 수 없습니다.

K는 G′와 함께 커지나?

분산액의 K(저전단 점성 지표)와 G′(저장 탄성률)는 같은 방향으로 움직입니다. 실시예 1~7에서 Spearman 순위상관계수는 K와 G′가 0.93, K와 G″가 0.68이며, 비교예 8을 포함하면 각각 0.95와 0.79입니다(Table 1 값으로 직접 계산).

그림 1. 분산액 G′(Pa)와 K(Pa·sⁿ)의 관계 (G′ 높은 순)

파란 막대는 겔화제 공동 분산(실시예 1~7), 주황 막대는 겔화제 없는 비교예 8입니다. G′가 큰 시료일수록 K도 큰 경향이 보이며(실시예 7과 5, 1은 G′가 비슷하지만 K는 9.0~13.5로 차이가 있음), 비교예 8은 두 값이 모두 가장 낮습니다. 출처: US 12,482,825 B1 Table 1.

표본이 8개이고 겔화제, CNT, 장비가 모두 달라 인과관계로 읽을 수는 없습니다. 다만 겔화제 없이 만든 비교예 8이 G′와 K 모두 가장 낮다는 점은 분명합니다.

겔화제 비율과 CNT 처리는 n에 어떤 영향을 주나?

7개 실시예만 놓고 보면, SWCNT/겔화제 비가 낮을 때(0.67 이하) n은 0.13~0.23이고, 비가 1 이상으로 높아지면 n이 0.26~0.33으로 커집니다. 비 0.67인 실시예 1(0.14)·4(0.19), 비 0.5인 실시예 2(0.156), 비 0.15인 실시예 6(0.13)은 낮고, 비 1.0인 실시예 7(0.26)과 비 10인 실시예 5(0.33)는 높습니다. 저비 그룹에서 n이 가장 높은 것은 비 0.15인데 0.23인 실시예 3으로, 이 시료는 PAA-Na를 쓰고 SWCNT 불순물이 많습니다(Fe 14.2 wt%). 7개 시료의 경향일 뿐 법칙으로 볼 수는 없습니다.

표면 기능기의 효과는 해석에 주의가 필요합니다. 명세서는 SWCNT 표면에 기능기(염소, 카르보닐·하이드록실·카르복실기)가 0.1 wt% 이상일 때 CNT-겔화제 상호작용이 강해져 n이 낮아진다고 설명합니다. 카르복실화 SWCNT를 쓴 실시예 2는 G′가 2,460 Pa로 높고 슬러리 저장도 안정했지만, 겔화제(PVP), CNT 처리, 분산 에너지(53 W·h/kg), 활물질이 동시에 달라서 기능기만의 효과라고 단정할 수 없습니다.

분산액의 차이는 슬러리에서 어떻게 나타나나?

분산액을 양극·음극 슬러리에 넣은 뒤 7일 보관하며 상층 용매 함량 변화를 비교했습니다. 상층 변화는 (7일 후 상층 − 초기) ÷ 초기로 계산했습니다.

그림 2. 양극 슬러리 7일 보관 후 상층 용매 변화 (%) — 막대 길이는 변화율에 비례

실시예 1~7은 +0.9~+3.5%, 겔화제 없는 비교예 8은 +35%입니다. 출처: US 12,482,825 B1 실시예. 활물질과 조성이 실시예마다 다르며, 변화율은 (7일 후 상층 − 초기) ÷ 초기로 계산했습니다.

겔화제를 함께 분산한 실시예에서는 슬러리 n이 0.17~0.29 범위인 반면, 비교예 8은 0.41(음극), 0.46(양극)입니다. 실시예 4는 분산액 G′가 실시예 1의 약 1/5(176 대 912 Pa)이지만 슬러리 K는 18 대 21, 7일 변화는 +3.5% 대 +2.5%로 거의 비슷합니다. 즉 겔화제가 있으면 분산액 단계의 차이가 슬러리에서는 상당 부분 줄어듭니다. 실시예 1·4·8은 양극(LFP 58.65 wt%)과 음극(흑연 31.3, Si 14.2 wt%) 슬러리 조성이 같아서 이 비교에서는 분산액 차이만이 변수입니다.

이 데이터를 읽을 때 주의할 점은?

• 겔화제 유무와 투입 시점이 함께 바뀜. 비교예 8은 분산액에 CMC가 없고 슬러리 단계에서 따로 넣었습니다(총량은 거의 같음). 따라서 "겔화제가 필요하다"가 아니라 "SWCNT와 함께 분산하는 것이 이 조건에서 효과적이었다"가 정확한 표현입니다. 원문은 "실시예 1과 같은 절차"라 하지만 교반 시간과 물 양도 다릅니다.
• 실시예마다 교란 변수가 많음. 실시예 간 차이는 겔화제, CNT 처리, 분산 에너지, 분산 횟수, 활물질, 고형분이 동시에 달라서 한 변수의 효과로 읽을 수 없습니다. 실시예 1과 4도 DWCNT 혼합, 분산 횟수(10회 대 32회), 염소 개질 유무가 함께 바뀝니다.
• 원문 오기와 복사 잔재. 청구항 10의 n–K 관계식(n < 1.25·lg K − 0.628 또는 n < 1.24 − 0.787·lg K)을 위 표에 대 보면 실시예 1~7은 모두 만족하지만, 비교예 8도 두 번째 식(0.62 < 0.865)은 만족합니다. 이 식만으로는 비교예를 가려내지 못한다는 뜻이며, 식은 원문 확인이 필요합니다. 실시예 3의 18.6 s^-1 점도는 본문 0.53 Pa·s이지만 K=19, n=0.23의 멱법칙 계산은 약 2.0 Pa·s로 경계값과 맞닿습니다. 실시예 5·6·7 본문에는 다른 겔화제(PVP, HNBR)가 언급된 문장이 남아 있어 복사 오기로 보입니다.
• 실시예 6은 NMP 슬러리. 양극 슬러리의 주용매가 NMP(30.3 wt%)이고 CMC-Na는 0.046 wt%, SWCNT는 0.0069 wt%에 불과합니다. 이런 조건에서 약한 겔 네트워크가 슬러리 안에서 유지된다는 근거는 약합니다(일반 지식 기반의 코멘트이며 특허는 근거를 제시하지 않습니다).
• 표본 수. 모든 상관과 경향은 실시예 7~8개 기준이며, 각 측정의 반복·오차 정보가 없습니다.

이 글은 공개된 특허 문헌을 기술적으로 읽은 기록이며 침해·회피·무효에 대한 법률 의견이 아닙니다. 일본·한국 패밀리의 현재 상태는 다루지 않았습니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

겔화제를 SWCNT와 같이 분산해야 하나, 나중에 넣어도 되나?

이 특허의 비교에서는 같이 분산한 실시예 1이 7일 보관 후 양극 상층 변화 +2.5%, 나중에 슬러리 단계에서 넣은 비교예 8이 +35%였습니다. 다만 비교예 8은 분산액에 겔화제가 없는 시료이므로, 투입 시점의 효과와 분산액 단계 겔 구조의 효과를 분리해 본 실험은 아닙니다.

휴지(R) 단계는 왜 필요한가?

명세서는 고전단 분산(D) 때 약한 결합이 끊기고, 휴지(R) 동안 겔화제 겔 도메인이 CNT로 다시 연결된다고 설명합니다. 휴지 조건은 전단 속도 10 s^-1 미만에서 1분 이상이며, 실시예에서는 약 1~3 s^-1로 3~20분 두었습니다. 휴지 단계만 뺀 대조 실험은 제시되지 않았습니다.

어떤 겔화제가 가장 좋은가?

실시예 1~7에서 CMC-Na, CMC-Li, PVP, PAA-Na가 모두 청구항과 점도 조건을 충족했습니다. 겔화제만 바꾼 동일 조건 비교가 없어서 순위는 매길 수 없습니다.

SWCNT 농도를 2 wt%까지 올려도 되나?

실시예 5가 SWCNT 2 wt%, CMC-Li 0.2 wt%(비 10, 청구 상한)로 n 0.33, K 13.5 Pa·sⁿ, G′ 980 Pa를 얻었습니다. 다만 n이 7개 실시예 중 가장 높아 전단 박화는 가장 약한 쪽입니다.

이 실시예들의 전지 사이클 성능을 비교할 수 있나?

활물질, 전해액 첨가제, 로딩, C-rate가 실시예마다 달라서 순위를 매길 수 없습니다. 이 글은 분산액과 슬러리의 유변학 물성에 한정했습니다.

용어 정리

참고 자료

• US 12,482,825 B1 — Google Patents (2025-11-25, 출원인 MCD Technologies SARL, 발명자 Predtechenskiy, Khasin, Bobrenok, Kosolapov)
• RU 2777040 C1 — Google Patents (러시아 등록, 42항, D/R 공정은 청구항 17)
• 1편: SWCNT 분산액의 저장 안정성과 저점도 — shear thinning과 유동지수 n으로 읽는 OCSiAl 특허
• 작성 기준일 2026-10-06. 표의 수치는 특허 Table 1·2와 실시예 본문에서 정리했고, 비·변화율·상관계수는 직접 계산했습니다.

작성일: 2026-10-06 · 작성자: CNT 소재 연구자 · 시리즈: OCSiAl 특허로 읽는 SWCNT 분산액 (3/3) · 

한 줄 요약 (TL;DR)

질문: 미국 특허 US 12,482,825 B1의 청구항은 무엇을 보호하고, 무엇은 보호하지 않으며, 같은 발명의 해외 출원은 지금 어느 단계일까?

답: 등록된 17개 청구항은 모두 "분산액"(물건)이고 독립항은 2개(청구항 1, 11)입니다. 제조 공정(고전단 분산과 휴지의 교대), 슬러리, 전극은 미국 등록 청구항에 없고, 러시아 등록 특허 RU 2777040 C1(42항)에는 포함되어 있습니다. 같은 우선권(RU2021139483, 2021-12-29)에서 나온 일본·한국·유럽·중국 출원과 미국 계속 출원은 Google Patents 기준 계류 중으로 표시됩니다.

• 독립항 1: 물 + 겔화제 + SWCNT(0.3~2 wt%), SWCNT/겔화제 중량비 0.05~10, 겔 입자에 SWCNT가 물리적으로 결합한 약한 겔
• 독립항 11: SWCNT 및/또는 DWCNT, 각 CNT 직경 4 nm 이하, 0.3~2 wt%, 중량비 0.05~10, 유사가소성(pseudoplastic) 약한 겔
• 종속항 2·3·10·15·16은 유변물성(n, K, G″, n–K 관계식), 5~9·14는 CNT 품질(기능기, Raman G/D, 금속 불순물), 4·17은 겔화제 종류
• 실시예 1~7은 청구항 1 계열 조건을 모두 충족하고, 비교예 8은 겔화제가 없어 청구항 1의 요건 자체가 비어 있음

이 글은 "OCSiAl 특허로 읽는 SWCNT 분산액" 3부작 중 3편입니다. 대상 특허는 US 12,482,825 B1(2025-11-25 등록, 출원인 MCD Technologies S.A. R.L., 우선권 RU2021139483)입니다.

특허 청구항은 어떤 순서로 읽어야 하나?

청구항은 특허의 권리 범위를 정하는 문장이며, 설명서나 실시예가 아니라 청구항의 문언이 기준입니다. 읽는 순서는 보통 세 단계입니다.

1. 독립항을 먼저 찾습니다. 다른 청구항을 인용하지 않는 청구항(여기서는 1과 11)이 가장 넓은 권리 범위를 정합니다.
2. 종속항을 "추가 한정"으로 읽습니다. "The dispersion of claim 1, wherein…"으로 시작하는 청구항은 독립항에 조건을 하나 더 얹은 좁은 버전입니다. 종속항이 독립항보다 넓을 수는 없습니다.
3. 연결어와 수치 경계를 확인합니다. "comprising"(포함하는)은 나열한 요소 외 다른 성분이 있어도 해당될 수 있는 열린 표현이고, "at least / not more than / between"의 경계가 이상·이하인지 초과·미만인지가 범위를 결정합니다.

공개 자료를 바탕으로 한 기술적 독해이며 침해·회피·무효에 대한 법률 의견이 아닙니다.

독립항 1은 무엇으로 구성되어 있나?

미국 특허청(USPTO) 공개 문서의 청구항 1을 요소별로 풀면 다음과 같습니다.

독립항 1에는 n, K, 점도 값이 없습니다. 이 값들은 종속항 2(n ≤ 0.37, K ≥ 3.2 Pa·sⁿ)와 종속항 3(1 Hz, 변형 1%에서 G″ ≥ 27 Pa)에 있습니다. 따라서 청구항 1의 "약한 겔" 요건을 어떻게 입증하느냐는 별개의 해석 문제입니다.

독립항 11은 청구항 1과 어떻게 다른가?

청구항 11은 청구항 1과 병렬로 쓰인 두 번째 독립항입니다. USPTO 공개 문서 기준 문언은 "single-walled and/or double-walled carbon nanotubes, each of the carbon nanotubes having a diameter of up to 4 nm"입니다.

청구항 11은 DWCNT와 4 nm 이하라는 직경 한정이 들어간 대신 겔화제와의 결합 구조를 독립항에서 "유사가소성 약한 겔"로만 표현합니다. 두 독립항은 서로 포함 관계가 아니라 일부가 겹치는 별개의 범위입니다.

종속항이 걸어 둔 조건에 실시예는 어디까지 들어가나?

실시예 값을 종속항에 직접 대 보면 어떤 조건이 "실제로 입증된 영역"이고 어떤 조건이 넓게 열어 둔 영역인지 구분됩니다.

이 표에서 읽히는 점은 두 가지입니다. 하나는 종속항 2·3은 실험 데이터가 직접 받쳐 주는 한정이라는 것입니다. 다른 하나는 종속항 10의 n–K 관계식이나 종속항 9의 금속 불순물처럼 어떤 실시예에서는 "바깥"에 있고 어떤 실시예에서는 "안쪽"에 있는 한정은, 실험보다는 다양한 변형을 포괄하려는 설계로 보인다는 것입니다(이는 제 해석입니다).

미국 청구항에 없는 것은 무엇이고, 러시아 특허는 어떻게 다른가?

US 12,482,825 B1은 분산액만 청구합니다. 같은 발명의 러시아 등록 특허 RU 2777040 C1(등록 2022-08-01, 42항)은 훨씬 넓습니다.

미국 청구항 전체에서 슬러리·전극·제조 공정이 빠져 있다는 점은 2편에서 다룬 "D/R 교대 공정"이 미국에서는 명세서에만 있다는 뜻입니다. 계류 중인 미국 계속 출원이 이 부분을 다룰 수 있는지는 청구범위를 확인하지 못해 알 수 없습니다.

패밀리 출원 현황은 어떤가? (2026-10-06 기준)

Google Patents의 WO 2023/128801 A1 패밀리 목록과 JP2024545797A 페이지를 기준으로 정리했습니다. 상태는 자동 집계 값이라 최신 심사 단계와 다를 수 있으므로 각국 특허청 데이터베이스에서 재확인해야 합니다.

일본 건은 별도로 받은 자료에 2026-04-01 거절이유통지가 있다는 기록이 있었으나 Google Patents 타임라인에서는 확인되지 않아 J-PlatPat에서 확인이 필요합니다. 계류 중인 출원은 등록 전이라 권리 범위가 최종 확정되지 않았고, 등록되더라도 청구범위가 지금과 달라질 수 있습니다.

청구항 문언에서 주의할 부분은?

• "and/or"의 사용. 청구항 6(염소 및/또는 카르보닐·하이드록실·카르복실), 청구항 8·9(SWCNT 및/또는 응집체), 청구항 11(SWCNT 및/또는 DWCNT)은 조합 해석이 여러 가지입니다. 제가 처음 참고한 요약본은 청구항 11을 "single-walled and double-walled"로 옮겼으나 USPTO 공개 문서에는 "and/or"로 적혀 있습니다. 번역·요약본과 원문이 다를 수 있으니 원문 대조가 필요합니다.
• 경계 표현의 불일치. 청구항 2는 n "not more than 0.37"(0.37 이하)이고 청구항 15는 n "less than 0.37"(0.37 미만)입니다. 청구항 3·7·14의 "at least"는 이상, 청구항 16의 "not less than"도 이상입니다.
• 선행 기재가 불분명한 표현. 청구항 13은 "the agglomerates"라고 쓰지만 그 앞의 청구항 11에는 응집체가 처음 소개되지 않습니다. 겔화제 분자의 응집체인지 CNT 응집체인지는 청구항 12나 명세서를 봐야 추정할 수 있습니다.
• "약한 겔"의 정량 기준 부재. 청구항 1은 구조를 서술하고, 수치로 정의하는 기준(n, K, G″)은 종속항에 있습니다. 약한 겔로 볼지 여부를 정하는 독립적 척도는 청구항에 없습니다.
• 실시예와 청구항의 폭 차이. 실시예는 겔화제 4종(CMC-Na, CMC-Li, PVP, PAA-Na), SWCNT 직경 1.5~1.8 nm 근방, 수계 분산액에 한정됩니다. 청구항은 이보다 넓게 쓰여 있습니다.

청구항에 적혀 있지 않은 영역은?

청구항의 문언만 보면 다음은 직접 규정되어 있지 않은 영역입니다. 권리 범위에 해당하는지 여부는 법률 전문가가 판단할 일이며, 아래는 문언 읽기일 뿐 회피 설계 안내가 아닙니다.

• 제조 공정, 전극 슬러리(페이스트), 전극: 미국 등록 청구항에 없음 (러시아 등록 특허에는 있음)
• CNT 함량이 0.3 wt% 미만이거나 2 wt% 초과인 분산액, SWCNT/겔화제 중량비가 0.05 미만이거나 10 초과인 분산액
• 청구항 11 계열에서 직경이 4 nm를 넘는 CNT(예: 다중벽 MWCNT)
• 물이 없는 비수계 분산액 (청구항 1·11이 물을 요소로 포함)
• 청구항 1 계열에서 DWCNT만을 쓰는 분산액 (청구항 1은 SWCNT 기준이며 "comprising"이라 다른 성분 병존 가능)

자주 묻는 질문 (FAQ)

독립항과 종속항은 어떻게 구분하나?

독립항은 다른 청구항을 인용하지 않고 스스로 권리 범위를 정하는 청구항입니다. 종속항은 "청구항 1에서…"처럼 독립항을 인용해 조건을 추가로 한정합니다. US 12,482,825 B1에서는 청구항 1과 11이 독립항이고 나머지 15개가 종속항입니다.

"comprising"은 무슨 뜻인가?

"포함하는"이라는 열린 표현으로, 청구항에 나열한 요소 외에 다른 성분이 더 있어도 해당될 수 있음을 뜻합니다. 그래서 청구항 1의 "물, 겔화제, SWCNT를 포함하는" 분산액에 DWCNT나 다른 첨가제가 섞여 있어도 문언상 배제되지 않습니다.

이 특허는 제조 방법도 보호하나?

미국 등록 청구항 17개는 모두 분산액이고 제조 방법 청구항은 없습니다. 러시아 등록 특허 RU 2777040 C1은 분산액 제조 방법(청구항 17~24)과 페이스트·전극 청구항을 포함합니다.

한국에서도 이 특허가 효력이 있나?

Google Patents 기준으로 한국 출원 KR 10-2024-7025410은 계류 중으로 표시되며, 등록되기 전의 출원이라 등록 특허와 같은 권리가 확정되어 있지 않습니다. 현재 상태와 청구범위는 KIPRIS에서 확인해야 하며, 구체적 판단은 변리사 등 전문가에게 맡겨야 합니다.

실시예 8이 청구항을 벗어난다는 건 어떤 의미인가?

비교예 8은 겔화제가 없는 분산액이라 청구항 1의 "겔화제를 포함" 요건과 "SWCNT/겔화제 비" 요건을 충족할 수 없습니다. 특허가 효과를 대비시키기 위해 일부러 청구 범위 밖에 둔 시료입니다. 한편 선행기술 JP 6860740의 범위(복소탄성률×위상각 100~1,500 Pa·°)에는 실시예 1~7은 모두 바깥에, 비교예 8만 안쪽에 있습니다.

용어 정리

참고 자료

• US 12,482,825 B1 — USPTO 공개 PDF (청구항 1~17)
• US 12,482,825 B1 — USPTO Official Gazette (2025-11-25)
• US 12,482,825 B1 — Google Patents
• WO 2023/128801 A1 — Google Patents (패밀리 목록)
• JP2024545797A — Google Patents
• RU 2777040 C1 — Google Patents (42항)

작성일: 2026-10-06 · 작성자: CNT 소재 연구자 · 시리즈: OCSiAl 특허로 읽는 SWCNT 분산액 (1/3)

한 줄 요약 (TL;DR)

질문: 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 수분산액은 어떻게 오래 보관해도 가라앉지 않으면서, 코팅할 때는 묽게 흐를 수 있을까?

답: OCSiAl 창업진이 발명자로 오른 미국 특허 US 12,482,825 B1은 물, 겔화제(CMC 등), SWCNT를 함께 분산해 "약한 겔(weak gel)"을 만드는 방법을 제시합니다. 이 분산액은 가만히 두면 점도가 높고, 전단을 주면 급격히 묽어지는 shear thinning(전단 박화) 거동을 보입니다.

핵심 수치는 다음과 같습니다.

• 보관 상태(전단 속도 0.159 s^-1 이하) 점도 20 Pa·s 이상, 공정 상태(18.6 s^-1 이상) 점도 2 Pa·s 미만
• 실시예 1(겔화제와 공동 분산): 유동지수 n 0.14, 0.159 s^-1에서 43 Pa·s
• 비교예 8(겔화제 없음): n 0.62, 같은 조건에서 6.0 Pa·s
• 7일 보관 후 슬러리 상층의 용매 변화: 양극 +2.5% 대 +35%, 음극 +1.1% 대 +27%

이 글은 "OCSiAl 특허로 읽는 SWCNT 분산액" 3부작 중 1편입니다. 출원·등록 정보: PCT 출원 2022-05-20, 미국 등록 2025-11-25, 우선권 RU2021139483(2021-12-29), 출원인 MCD Technologies S.A. R.L.(룩셈부르크).

왜 SWCNT 분산액은 저장 안정성과 저점도를 동시에 얻기 어려울까?

SWCNT는 서로 뭉쳐 긴 다발(bundle)을 이루는 경향이 있습니다. 다발이 길고 굵을수록 전도성에는 유리하지만, 분산액 속에서 더 빨리 가라앉습니다. 분산액이 불안정하면 저장 기간이 짧아지고, 이후 슬러리와 불균일하게 섞여 전지 불량으로 이어질 수 있다고 특허는 설명합니다.

침강을 막는 가장 쉬운 방법은 점도를 올리는 것입니다. 점도가 높으면 응집체의 이동성과 침강 속도가 줄어듭니다. 그러나 너무 높으면 파이프 이송과 코팅이 어려워집니다. 전극 슬러리는 보관 중과 코팅 직후(가장자리가 번지지 않도록)에는 점도가 높아야 하고, 집전체에 발라내는 순간에는 낮아야 하는 모순된 요구를 받습니다.

특허가 지적하는 기존 해법과 한계는 아래와 같습니다.

shear thinning과 유동지수 n이란 무엇인가?

shear thinning(전단 박화)은 힘을 가할수록(전단 속도가 빨라질수록) 점도가 낮아지는 유체의 성질입니다. 케첩이나 페인트처럼 가만히 두면 걸쭉하지만 흔들거나 바르면 묽게 흘러내리는 것을 떠올리면 됩니다. CNT 분산액은 이 성질을 보이며 Ostwald–de Waele 멱법칙(power law)으로 잘 기술됩니다.

μ = K · γ̇ⁿ⁻¹

여기서 μ는 점도(Pa·s), γ̇는 전단 속도(s^-1), K는 유동 점성 지수(flow consistency index, Pa·sⁿ), n은 유동지수(flow behavior index)입니다. n이 1이면 물처럼 전단에 따라 점도가 변하지 않는 뉴턴 유체이고, n이 작을수록 전단 박화가 강합니다. 특허 실시예에서는 점도 곡선이 μ = 8.95 γ̇^-0.87로 피팅되면 n−1 = −0.87이므로 n은 0.13이 됩니다.

분산액의 n을 작게 만드는 것이 이 특허의 핵심 목표입니다. 특허는 종속항 2에서 n ≤ 0.37, K ≥ 3.2 Pa·sⁿ를 제시합니다.

실시예 1의 n은 본문과 Fig. 2에서 0.13, Table 1에서 0.14로 다르게 적혀 있어 범위로 표기했습니다.

"약한 겔(weak gel)"이란 무엇이고 어떻게 만들어지나?

약한 겔은 겔화제(예: CMC) 분자가 뭉쳐 만든 작은 겔 입자들을 SWCNT가 물리적으로 이어 만든 느슨한 네트워크입니다. 가만히 있을 때(저전단)는 이 네트워크가 유지되어 점도가 높고, 세게 저으면(고전단) 네트워크가 끊어져 점도가 낮아집니다. 특허가 요구하는 값은 정지 시 20 Pa·s 이상(0.159 s^-1 이하), 공정 시 2 Pa·s 미만(18.6 s^-1 이상)입니다.

등록 청구항 1의 논지는 세 가지입니다. 첫째 SWCNT가 분산액의 0.3~2 wt%, 둘째 SWCNT와 겔화제의 중량비가 0.05~10, 셋째 분산액이 겔화제 입자에 SWCNT가 물리적으로 결합한 약한 겔인 것입니다. 겔화제 후보로는 CMC(염), PVP, PAA(염)이 종속항 4에 적혀 있습니다.

실시예 1의 조성과 공정은 다음과 같습니다.

• 조성: CMC-Na 0.6 wt% + 염소 개질 Tuball SWCNT 0.4 wt% + 물
• SWCNT: 평균 직경 1.54 nm, Raman IG/D 80, BET 1,220 m²/g, 염소 0.25 wt%, 철 0.46 wt%
• 장비: Netzsch Omega 500 고압 호모지나이저(65 MPa, 노즐에서 전단 속도 약 6×10⁵ s^-1, 단계당 투입 에너지 27 W·h/kg)
• 순서: 고압 분산 10회, 각 통과 사이 50 L 탱크에서 약 1 s^-1로 10분 휴지

이처럼 "고전단 분산(D)과 휴지(R)의 교대"는 명세서에 적힌 공정의 핵심입니다. 분산 단계는 전단 속도 10,000 s^-1 이상(또는 초음파 20 kHz 이상)이고, 휴지 단계는 10 s^-1 미만에서 1분 이상입니다. D는 최소 3회, R은 최소 2회(D-R-D-R-D)가 기본이고 5회 이상이 바람직합니다. 이 공정은 러시아 등록 특허(RU 2777040 C1)의 청구항 17에는 있지만 미국 등록 청구항에는 없습니다(미국은 명세서에만 기재).

CNT 품질 기준도 상당히 구체적입니다. Raman G/D(532 nm)가 10 이상(종속항 7)이고 40, 60, 80 이상으로 갈수록 바람직하며, 촉매 금속 불순물은 1 wt% 미만(종속항 9), 표면 기능기는 0.1 wt% 이상(종속항 5)이 결합을 강화한다고 설명합니다.

공동 분산 효과는 수치로 어떤가? (실시예 1 대 비교예 8)

실시예 1과 비교예 8의 핵심 차이는 "CMC를 SWCNT와 함께 분산했는가"입니다. 비교예 8은 CMC를 빼고 같은 공정으로 만들고, CMC는 슬러리 단계에서 따로 넣었습니다(음극 1.12 g 대 1.125 g, 양극 1 g 대 0.925 g로 총량이 거의 같음). 실시예 4는 SWCNT에 DWCNT를 섞은 경우입니다.

표의 수치는 특허 Table 1·2와 Example 1·4·8 본문을 정리한 것이고, "상층 용매 변화"는 (7일 후 상층 − 초기) ÷ 초기로 계산했습니다. 예를 들어 실시예 1 양극은 물 함량이 40.0 wt%에서 41.0 wt%로, 비교예 8은 40.0 wt%에서 54.1 wt%로 바뀝니다.

수치에서 읽히는 세 가지가 있습니다.

• 공동 분산이 저전단 점도는 크게 올리고 고전단 점도는 낮춘다. 실시예 1은 0.159 s^-1에서 43 Pa·s로 비교예 8(6.0 Pa·s)의 약 7.2배이고, 18.6 s^-1에서는 0.72 Pa·s로 비교예 8(1.0 Pa·s)보다 낮습니다.
• 차이는 슬러리 안정성으로 이어진다. 비교예 8의 양극 슬러리는 7일 뒤 약 6 mm 두께의 탁한 상층액이 생겼고 고품질 코팅이 불가능했습니다. 음극 슬러리도 8 mm 상층액이 생겼습니다.
• 겔화제가 있으면 분산액의 차이가 슬러리에서 줄어든다. 실시예 4는 분산액 G′가 실시예 1의 약 1/5인데도 슬러리 안정성은 실시예 1과 비슷했습니다. 다만 실시예 4는 DWCNT 혼합, 분산 횟수(10회에서 32회), 염소 개질 유무가 동시에 바뀌어 원인을 하나로 단정할 수 없습니다.

이 특허를 읽을 때 주의할 점은?

특허 실시예는 논문처럼 통제된 데이터가 아니므로, 분명히 읽히는 것과 아직 단정할 수 없는 것을 구분해야 합니다.

• 원문 내부의 불일치. 실시예 1의 n은 본문에서 0.13, Table 1에서 0.14입니다. 실시예 3의 18.6 s^-1 점도는 본문 0.53 Pa·s(Table 1 0.52)인데 K=19, n=0.23으로 멱법칙을 계산하면 약 2.0 Pa·s가 나와, 청구항의 경계값(2 Pa·s)과 직결되는 차이가 있습니다.
• 위상각 δ 증가 주장이 실시예로 일관되지 않음. 원문은 겔화제와 CNT의 시너지가 G″와 δ를 높인다고 하지만, 실시예 6의 δ는 6.5°이고 비교예 8(10.5°)이 실시예 2·4(9.0°)보다 높습니다.
• 비교예 설계. 선행기술 JP 6860740의 청구 범위(G*×δ 100~1,500 Pa·°)에 실시예 1~7은 모두 벗어나고 비교예 8만 들어갑니다. 차별화를 실험 데이터로 설계한 것으로 보이나, 이는 제 해석입니다.
• 사이클 데이터 비교 불가. 실시예마다 양극·음극 활물질, 전해액 첨가제(VC, FEC), 로딩, C-rate가 달라 순위를 매길 수 없습니다. 실시예 1은 LFP/흑연+Si 풀셀에서 1 C, 3,000 사이클 후 90% 이상, 실시예 3은 LCO/SiOx에서 215 사이클 후 85% 이상이지만, 같은 저울에 올릴 수 없습니다.
• 표본 수가 적음. 실시예 7개와 비교예 1개라 K와 G′의 상관(Spearman ρ 0.93)도 경향 수준입니다.
• 청구범위 차이. 초록은 SWCNT 및/또는 DWCNT를 말하지만 등록 청구항 1은 SWCNT 기준이고, 제조방법·슬러리·전극은 미국 등록 청구항에 없습니다(러시아 RU 2777040 C1은 42항에 포함). 청구범위는 3편에서 더 자세히 다룹니다.

이 글은 공개된 특허 문헌을 기술적으로 읽은 기록이며 침해·회피·무효에 대한 법률 의견이 아닙니다. 일본·한국 패밀리의 현재 상태는 다루지 않았습니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

SWCNT 분산액이 가라앉는 이유는 무엇인가?

SWCNT가 긴 다발로 응집하고, 다발이 길고 굵을수록 침강 속도가 빨라지기 때문입니다. 분산액의 점도가 낮으면 응집체가 더 쉽게 움직여 침강이 더 빨리 일어납니다.

유동지수 n은 작을수록 좋은가?

n이 작을수록 전단 박화가 강해 저전단 점도와 고전단 점도의 차가 커집니다. 이 특허는 n ≤ 0.37(더 바람직하게 ≤ 0.30, ≤ 0.2)을 선호하지만, 값만으로 좋고 나쁨을 판단할 수는 없고 K와 실제 슬러리 공정 조건을 함께 봐야 합니다.

약한 겔과 일반적인 강한 겔의 차이는?

약한 겔은 물리적 결합으로 이루어져 전단을 주면 끊어지고 휴지하면 다시 연결되는 네트워크입니다. 이 특허의 공정에서 휴지(R) 단계가 그 재연결을 맡는 것으로 해석됩니다(이 해석은 명세서 서술에 근거한 정리이며 별도 실험 검증은 없습니다).

CMC와 다른 겔화제도 쓸 수 있나?

등록 청구항 4는 CMC(염), PVP, PAA(염) 또는 이들의 혼합물을 적습니다. 명세서에는 PVDF와 HNBR도 예시로 나옵니다. 실시예는 CMC-Na, CMC-Li, PVP, PAA-Na를 사용했습니다.

이 특허는 MWCNT 분산액에도 적용되나?

청구항 문언상 SWCNT(청구항 1) 또는 직경 4 nm 이하의 SWCNT·DWCNT(청구항 11)를 다룹니다. 4 nm를 넘는 CNT는 문언상 범위 밖으로 읽히는데, 실제 저촉 여부는 법률 전문가가 판단할 일입니다.

용어 정리

참고 자료

• US 12,482,825 B1 — Google Patents (2025-11-25 공보, 출원인 MCD Technologies SARL, 발명자 Predtechenskiy, Khasin, Bobrenok, Kosolapov)
• RU 2777040 C1 — Google Patents (러시아 등록, 42항)
• 인용 선행기술: WO 2006/112162 A1, EP 3333946, JP 6860740 (특허 명세서에 인용된 것을 정리했으며 원문은 별도 확인 필요)
• 작성 기준일 2026-10-06

  지난 주말 도서관에서 월간 『뉴턴』을 찬찬히 읽다가, “화성 표면의 붉은색은 헤마타이트(Hematite, α-Fe₂O₃)가 아니라 페리하이드라이트(Ferrihydrite, Fh)일 수 있다.”는 짧막한 기사가 눈에 들어왔습니다.

 저는 지금까지 화성(火星, Mars)이 불의 별로 불리는 이유를, 철이 녹슬면서 생기는 산화철, 그중에서도 적철석이라 부르는 헤마타이트가 화성 표면을 두껍게 덮고 있기 때문이라고 막연히 생각해 왔습니다. 그런데 그 붉은색의 근원이 헤마타이트가 아니라 페리하이드라이트일 수 있다는 게, 기사에 소개된 논문의 핵심이었습니다.

사실 “화성을 붉게 만드는 산화철이 헤마타이트인지, 페리하이드라이트인지”라는 질문은, 물리학이나 천문학에 관심이 있는 사람이  니라면 그냥 흘려듣고 말 법한 이야기입니다. 그래도 예전에 물리학을 공부했고, 얼마 전까지 산화철(iron oxide)을 SWCNT 촉매로 써 보려는 시도를 한 가락이 있어서인지, 문장이 눈에 들어오는 순간 머릿속에서 이런 생각이 떠올랐습니다.

“페리하이드라이트는 헤마타이트랑 뭐가 다르지?”

그리고 곧이어,  “헤마타이트 기반 촉매와 ferrihydrite 기반 촉매는 SWCNT 합성에서 뭐가 다를까?”

 헤마타이트는 결정성이 좋고, 열적으로 안정하며, 이미 충분히 산화가 진행된 산화철입니다. 반대로 페리하이드라이트는 비정질/저결정의 iron oxyhydroxide로, 구조 내에 물을 포함하고 있고, 결함도 많은 형태입니다. 그래서 시간이 지나면서 goethite나 hematite처럼 더 안정적인 상으로 서서히 변태하는, 말 그대로 과도기적인 산화철입니다.

 보통 화성 이야기에서라면 화성 표면 온도와 습도, 물과 이산화탄소의 순환, 그리고 긴 시간 축에서의 산화/환원 환경같은 것들을 이야기하며, 이러한 화성의 환경이 헤마타이트 보다는 페리하이드라이트를 형성하기에 더 적합하다 정도로 정리하고 끝내기 마련입니다.

 그런데 제 머릿속은 여기서 한 걸음 더 나아갔습니다.

“그렇다면 SWCNT 촉매 전구체로 쓸 때, 헤마타이트와 ferrihydrite는 실제로 어떤 차이를 보일까?”

 Hematite 계열 Fe₂O₃는 결정질 구조라 CNT 합성 온도 영역에서는 입자가 쉽게 서로 뭉칩니다. 그래서 SWCNT 보다는 MWCNT가 나오기 십상입니다. 그래서 입자의 성장을 막기 위해 보통 사람들은 다공성 지지체(실리카, 알루미나 등)에 분산시키거나, Mo, S 같은 조촉매를 넣어 Fe 입자가 과도하게 커지는 것을 막아 SWCNT가 자랄 수 있도록 합니다.

 그런데 시선을 비정질 ferrihydrite 쪽으로 돌려 보니 이야기가 조금 달라집니다.

 Ferrihydrite는 일반적으로 Fe₂O₃·nH₂O 꼴로 표현되는 수화 산화철로, 화학식만 봐도 알 수 있듯이, 구조 안에 물을 품고 있습니다. 결정성이 낮고 입자 크기가 작아 그만큼 비표면적이 넓고, 표면에는 –OH 같은 기능기가 많아 화학적 반응성도 커보입니다. 언뜻 봐서도, SWCNT 촉매로는 헤마타이트 보다 훨씬 더 좋습니다. 비정질 구조와 높은 -OH로 Mo, S 같은 조촉매 금속 이온을 균일하게 섞을 수 있고, 저결정성의 특성으로 열처리/환원 시 작은 Fe 나노입자를 형성할 뿐만 아니라, 구조수를 잘 활용하면 SWCNT 합성 시 생기는 비정질 탄소를 제거까지 기대할 수 있다는 말입니다.

 비록 화성의 붉은 먼지를 보면서 SWCNT 촉매를 떠올리는 일은 논리적이지도 않고 엉뚱해 보이기는 합니다만, 이렇게 생각의 흐름을 이어질 수 있다는게 신기하기도 하고 재미있기도 했습니다. 게다가 제 뇌가 즐거워하는 것도 느낄 수 있습니다.

 언제가 될지는 모르지만 Ferrihydrite를 이용해 SWCNT를 합성해 볼 날을 기다려 볼만 한 것 같습니다.

지난 금요일과 토요일 (2023. 07 . 21 ~ 22) IBS 기초과학연구원 중 물리분야 연구단인 CINAP (Center for Integrated Nanostructure Physics)에서 LDMaPS (Low Dimensional Materials Physics Symposium)를 개최했습니다.

 그 덕분에 국내외에서 2차원 소재를 연구하는 많은 훌륭하신 선후배님께서 소개해주시는 내용을 접할 수 있었습니다. 부끄럽게도 그래핀 이후의 다양한 2차원 소재에 대한 내용은 말 그대로 일자무식이라 내용의 절반도 제대로 알아듣지 못했지만, 그래도 대충 2차원 소재를 어떤 방식으로 합성하고 그 재료를 이용해 디바이스화 하려는 다양한 시도를 알 수 있었습니다.

이전다음

01

특히 ‘메탈-탄소’ 복합소재를 만들면 carbide화 되어 메탈 본연의 특성을 잃게 되는데, 그걸 극복한 MIT 소강표 박사의 내용은 지금 제가 현업에서의 문제를 해결할 수 있는 실마리가 될 수 있을 것 같아, 선후배님을 뵙는 즐거움만이 아니라 일에 있어서도 의미 있는 시간이었습니다.

이전다음

01234

 좀 더 자주 서로 만나서 이야기하자는 약속이 그저 반갑게 인사하는 인사말이 아니라 좀 더 자주 뵙고 살아가는 이야기와 함께 업무에서 생기는 고민도 함께 할 수 있는 기회가 더 많았으면 좋겠다는 생각을 했습니다.