儿童发光鞋安全探究——以LED发光鞋为例

文/祝 娜 应楚楚 苏 健

一、LED 发光鞋安全与相关标准现状

LED 发光鞋是指鞋底或鞋帮部件带有LED 发光组件的鞋类产品，帮面材质主要包括合成革、皮革、纺织品和混合材质等多种类型，绚丽多彩的发光功能使其深受儿童喜爱。LED 发光鞋带有电池和发光组件，电池组件通常安装在后跟或前掌外底中，供电电池类型以纽扣电池为主，部分为可充电电池。近年来，国外媒体曾多次报道儿童LED 发光鞋发生自燃事故[1]，自燃原因集中在短路、潮湿等所引起的电池起火。国内媒体和社交网络也曾报道过LED 发光鞋伤害事故，可查询到的事故案例集中在高温烫伤。

儿童频繁的运动和大量排汗容易形成湿热状态的鞋腔，易造成电池机械滥用，若再结合电滥用，易引起电池热失控。机械滥用是指在机械外力作用下，电池隔膜破裂而引发内部短路，使得能量快速释放[2]；电滥用是因过充电或过放电，造成电极活性材料和电解质部分分解，其产物发生反应并导致热量积聚，或因外部短路导致电池快速放电，从而产生大量焦耳热[3]。由于《儿童鞋安全技术规范》（GB 30585–2014）尚无有关电池安全的要求，故本文参考《电玩具的安全》（GB 19865–2005）对发热和非正常工作的相关要求，并结合儿童LED 发光鞋的使用特点，对模拟耐用测试后的电池进行外部短路和过充电测试，根据该发光鞋电池风险源可能发生的场景，开展风险评估。

二、LED 发光鞋安全评估

本文通过流通领域和网络平台采购了较具代表性的21 款不同价位的儿童LED 发光鞋，其中3款使用锌–二氧化锰（AG）系列纽扣电池，4 款使用可充电锂电池，14 款使用锂–二氧化锰（CR）系列纽扣电池。

LED 发光鞋的潜在风险主要集中在电池热失控。对此，本文通过对鞋类产品依次进行整鞋弯折测试和湿热老化测试，模拟日常穿用过程中电池受挤压和湿热状态后的情况，再测试电池的外部短路模拟电滥用，同时还测试充电电池过充电，以评估电池是否可能出现热失控的风险。具体测试项目、方法和判定规则见表1。

表1 测试项目、方法和判定规则

电池是LED 发光鞋结构中最为常见、最为核心的部件。LED 发光组件工作时，电池不断向电路提供能量，但与此同时，电池自身也是重要的发热源。[4]经测试，21 款样品的电池均未出现热失控状态，不过部分电池在外部短路检测过程中出现电池表面过热的现象，电池表面最高温度甚至达到114.1 ℃，存在过热风险。热力对皮肤和皮下组织的损伤程度，主要取决于温度和热作用时间。[5]研究表明，对人体皮肤而言，理论上的最低温烫伤温度为44 ℃。随着作用温度的升高，损伤逐步加重。有资料显示，44 ℃以上时，损伤程度与接触时间成正相关，皮肤表面温度保持44 ℃、6 h 可引起表皮基底层细胞的不可逆性变化。[6]49 ℃热源持续接触皮肤3 min 后可致表皮损害，超过9 min 表皮将坏死。表2 显示，21 款样品中有18款的电池表面最高温度均高于50 ℃，且电池表面过热可持续10 min 以上。不过电池并非直接接触足底，通常由内底内垫材料隔开。

表2 电池表面最高温度情况表

为评估穿用过程中电池发热传导至皮肤的真实温度，本文选用两种不同厚度的鞋垫分别模拟隔开的厚度，在鞋垫底部进行恒温加热测试，模拟电池发热后鞋垫表面温度的变化情况。测试温度选择70 ℃、90 ℃、120 ℃三挡，模拟试验数据见表3。

表3 热量传导模拟试验

模拟试验结果显示，随着发热温度的升高、鞋垫厚度的减少、试验时间的增加，鞋垫表面温度相应上升。厚度为3.40 mm 的鞋垫，除了在70 ℃持续5 min时鞋垫表面温度仅达到低温烫伤温度外，其余条件下均达到了烫伤温度。厚度为6.10 mm 的鞋垫，鞋垫表面温度最高为52.9 ℃，相较薄鞋垫隔热效果明显。不过，该鞋垫在90 ℃持续5 min 时鞋垫表面温度达到低温烫伤温度，持续10 min 达到了烫伤温度，在120 ℃持续5 min 时也达到烫伤温度。因此，当鞋垫较薄时，可能会出现低温烫伤或烫伤风险；当鞋垫或隔热材料达到一定厚度时，可降低烫伤风险。

此外，电池类型和电池结构的不同对热量的传导也会有所差异。表2 显示 ，AG 型电池表面温度普遍偏低，没有出现过热现象，其余两类均有过热现象。电池有3 种安装结构（见图1）。当电池直接安装在印刷线路板（PCB）上，其结构由于没有物理阻隔，导致热量无法有效分散，而有可能通过电池表面与金属部件将热量传导至鞋垫。

图1 电池安装结构

三、风险评估

1.危害识别

LED 发光鞋与普通鞋类产品的最大区别在于增加了发光组件和供电组件。供电组件的潜在危害主要集中在电池热失控引起的起火、爆炸和烫伤等危害。电池热失控通常在机械滥用、电滥用等情况下发生，处于湿热状态的鞋腔与长期的机械挤压，易造成电池热失控。中大童活泼好动，在监护人疏忽的情况下，甚至会出现长期穿着潮湿童鞋的现象，若电池或电子元件没有良好的防水措施，易发生电池热失控。

本文综合试验结果，并考虑儿童穿用LED 发光鞋时可能出现的场景，还参考《消费品安全风险评估导则》（GB/T 22760–2020）、《消费品召回电子电器风险评估》（GB/T 39063–2020）等标准，构建出伤害场景（见表4）。

表4 伤害场景构建

2.发生伤害的严重性

依据已发生的伤害案例和专家研判，本文对此次监测所识别的危害源进行伤害严重程度分析（见表5）。

表5 发生伤害的严重程度

3.发生伤害的可能性

本文通过对儿童LED 发光鞋穿用时间概率、发生概率等风险因素进行估算，将各个因素概率相乘并测算出每个伤害场景发生的可能性（见表6）。

表6 发生伤害的可能性

采取GB/T 22760–2020 风险矩阵法对儿童发光鞋产品危害（源）开展风险评估，得出发光鞋中电池因发生外部短路发热而烫伤儿童足部的风险等级为可容许风险，故消费者不必过度恐慌。

四、提升LED 发光鞋质量安全的建议

1.相关部门完善相关标准

目前， GB 30585–2014 正在修订，虽然本文风险评价结果为可容许风险，但考虑到雨天、高温天的使用场景存在的可能性和国外发生的自燃案例，本文建议该标准修订时，适当考虑增加儿童LED 发光灯鞋等含电池童鞋相关的安全技术要求，如参照GB 31241 和GB 8897.4 开展耐折、湿热老化等合理滥用后的电池外部短路、电池过充电安全性能评估；电池安装结构应至少达到IPX4 防水等级；3 岁及以下婴幼儿鞋中的电池在不借助工具的情况应不可取出；标识方面应标注必要的电池信息，发光鞋所必需的洗护保养和注意事项应在说明书中详细说明。本文希望通过标准修订，能为进一步降低该类童鞋的潜在风险提供支撑。

2.生产企业严把质量安全关

本文建议，企业在生产LED 发光鞋时，除了满足现行强制性标准和产品标准外，可增加对产品电池的风险管控，比如表1 中所列的电池外部短路和电池过充电项目，做到源头控制。企业需要注意的是，电池安全相关的标准即将更新，如《便携式电子产品用锂离子电池和电池组 安全技术规范》（GB 31241–2022）将于2024 年4 月1 日正式实施，该标准中外部短路的环境温度条件由55 ℃±5 ℃修改为57 ℃±4 ℃，过充电中的由“3CA 及制造商推荐充电电流的3 倍中较大值恒流至试验电压”修改为“先用最大充电电流恒流至试验电压，然后以该电压值恒压充电”；同时，试验电压也由原来的“以正极材料分类”修改为“以充电限制电压分类设置”。外部短路和过充电的试验方法修改变动较大，将影响试验结果，建议企业关注标准动态，及时获取最新标准，调整采购和生产策略。

3.消费者注意使用方法

消费者在选购儿童LED 发光鞋时，本文建议相较于充电电池，更宜选择一次性电池供电的产品；若可拆卸鞋垫看到电池结构，建议优先选择树脂注塑等具有一定防水隔热结构的产品，电池结构表面所覆盖的鞋垫尽可能厚。此外，所选购的产品上一定要有明确的执行标准和可以承担产品质量责任的企业的联系方式。当然，正确使用和合理贮存也会大大降低此类鞋的风险，如：提醒儿童不要在雨天或涉水的情况下穿着发光鞋；充电时避免过充，远离儿童；定期检查鞋内电池是否出现漏液情况；避免直接浸水清洗；长期不穿用时贮存在阴凉干燥处。