本发明提供了一种钴酸锂正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将四氧化三钴和锂源混合，加入纳米氢氧化钴和镁源得到混合物料；(2)对步骤(1)得到的混合物料进行焙烧处理得到所述钴酸锂正极材料；其中，步骤(1)所述锂源包括碳酸锂和氢氧化锂，所述碳酸锂和氢氧化锂的质量比为(5:5)～(3:7)本发明通过将常规的钴酸锂制备工艺中使用单一锂源优化为碳酸锂+氢氧化锂工艺，并通过工艺改善，加入少量氢氧化钴和镁源，将常规的大颗粒与小颗粒分开烧结的方案简化为一次烧结，达到原先同等的压实密度和电化学性能。