本发明涉及气体监测技术领域，公开了一种CO传感器气敏层及其在锂电储能系统中的应用。本发明利用静电吸附作用使改性Ti3C2纳米片和氧化石墨烯交替堆叠自组装为多层结构，该多层结构能够减少氧化石墨烯的自堆叠，防止其团聚。在此基础上巧妙利用尿素在Ti3C2/rGO多层材料层间的原位热分解来增加层间距，从而构建出理想的纳米级传输通道。具有上述特殊纳米级传输通道的Ti3C2/rGO多层材料在作为气体传感器气敏层时对CO不仅具有极高的灵敏度和选择性，并且同时具有优异的可逆性和循环稳定性，尤其适合用于监测锂电储能装置热失控时产生的特征气体CO，从而实现对锂电储能系统火灾的预警。